钻削过程中的冷却液主动控制系统研究

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在金属切削过程中,切削区域的冷却和切削温度的恒定对切削质量有着非常重要的影响。为了开展对加工过程冷却液喷洒之后的温度-流场耦合的研究,减少冷却液无效冷却或者过冷带来的影响,本论文以钻削过程中喷嘴-钻头-工件三体为研究对象,建立了换热过程的数学模型,并对整个钻削过程进行仿真,找出加工过程中温度较大值点,为后期冷却液供液系统的温度测量点的选择提供了依据,在此基础上,提出了一种可以通过测量点温度变化主动控制冷却液用量的新方法——冷却液主动供液方法,并开展了相应的控制系统研究。本论文的主要研究内容有:(1)对加工过程中刀具-工件之间的传热模型,特别是钻削过程的传热模型的国内外研究现状进行调研,并且收集在加工中心中冷却液的使用优化方法,为本论文的研究提供了依据。(2)通过刀具-工件-喷头为对象的温度流场耦合之下的温度场的建模,分别在不同的转速下对温度场和流场进行耦合仿真计算,依次得到三体对象的温度分布情况,提出了温度测量点的选择方法和选择出温度的最佳测量点,为冷却液主动控制系统的建立提供保障。(3)对单伺服电机泵供液系统进行了数学建模,并基于Simulink-AMESim进行联合仿真,在输入不同的信号下对喷嘴流量进行仿真计算,标定出了节流阀阀口开度与输出流量之间的定量关系,比较研究了泵控和阀控对流量控制的动态响应特性,为保证喷嘴流量输出的稳定,重点进行了模糊自适应PID控制等相关的控制策略研究。(4)基于LabVIEW软件,完成了模糊自适应PID控制等控制算法的软件编程,并联合Simulink仿真软件,实现了单伺服电机泵的虚拟控制,并具体比较研究了三种不同的控制算法和开展了仿真实验验证,分析了输出流量的合理性和稳定性,进而明确提出了冷却液流量主动控制的算法。(5)设计与搭建了冷却液流量主动控制系统实验平台,为以后实验验证所提出的冷却液主动控制方法的有效性奠定了基础。
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