40、智能磨削力控制方案的实验研究与性能评估

智能磨削力控制方案的实验研究与性能评估

1. 磨削力控制原理

在磨削操作中，多电平模糊控制器（MLFC）起着关键作用，它能确定合适的进给率，以在磨削过程中保持恒定的切削力。期望的力水平通过图形界面输入到NI控制计算机。当由于工件形状不均匀或在进出阶段，力小于期望的最大可能水平时，MLFC会增加进给率，增强切削力并减少总循环时间，从而最大化材料去除率（MRR）。相反，如果磨削力大于最大可能值，MLFC会立即降低进给率，以减少主轴大挠度、砂轮破损或工件表面烧伤的可能性。并且，控制器的参数仅在稳定范围内进行调整。

为确保安全，实验中最大进给率限制为3 mm/s。若力水平超过100 N，控制器会自动关闭系统，以降低砂轮损坏的可能性。在实验中，使用直径为163.32 mm的氧化铝砂轮WA60 - I110.VC2安装在垂直主轴的磨床上，砂轮转速固定为2500 rpm，工件安装在测力计上，测力计夹在安装在机床工作台上的角板上，采用向下蠕动进给磨削方式。

2. 实验目标与背景

实施MLFC的目标是在变切削深度的蠕动进给磨削中，通过控制进给率来保持恒定的力水平。控制输入为磨削力误差和误差变化。进行了三次力控制实验，工件材料形状不同。在所有情况下，所提出的控制方案都能将稳态磨削力保持在最大可能水平，以最短的循环时间实现更高的MRR。

在磨削过程中，工件烧伤是限制MRR的主要因素之一。烧伤阈值对应于达到临界磨削温度，此时可以通过经验确定特定的磨削能量和相应的磨削力。为避免高机械砂轮磨损和烧伤痕迹，实现所需的工件质量和表面粗糙度，需要预先确定磨削力的一定边界，且实际力在磨削实验中不应超过该限制。为此，准备了两块经过热处理的AISI 4140钢块，洛氏硬度分别