機電一體化技術(shù)在金屬切削中的應用分析

牛艷娥

摘 要：隨著經(jīng)濟技術(shù)的迅速發(fā)展，我國的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式受到了較大挑戰(zhàn)與沖擊，相關(guān)產(chǎn)品更新速度也變快，生產(chǎn)領(lǐng)域的各項技術(shù)出現(xiàn)了新的變革，現(xiàn)在新興技術(shù)的主要變革驅(qū)動力是機電一體化技術(shù)，提高了生產(chǎn)力及生產(chǎn)效率。相關(guān)工作研究人員應該重視這方面技術(shù)的研究與應用，文章重點探討分析機電一體化技術(shù)在金屬切削中的應用，首先要明確機電一體化技術(shù)概念，了解其基本的學科構(gòu)成要素，借助仿真軟件deform深入實踐，分析機電一體化技術(shù)在金屬切削中的使用。

關(guān)鍵詞：機電一體化技術(shù)；金屬切削；應用

中圖分類號：TH-39；TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）06-0040-02

日本是最早提出“機電一體化技術(shù)”的國家，它提出這種技術(shù)有效結(jié)合了機械技術(shù)與電子技術(shù)，帶動了傳統(tǒng)技術(shù)的變革與創(chuàng)新，已經(jīng)較廣泛地應用在社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，尤其是機械加工，金屬切削是機械加工過程中較復雜的非線性變形過程，涉及學科內(nèi)容較多，傳統(tǒng)研究方法不能很好地解決切削過程中出現(xiàn)的問題，而機電一體化技術(shù)彌補了上述不足，是一種有效的方法與手段。

1 機電一體化技術(shù)分析

1.1 機電一體化技術(shù)的含義分析

機電一體化技術(shù)將一些以微電子技術(shù)、信息技術(shù)等為代表的向機械工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)滲透，這些新技術(shù)與機械電子技術(shù)進行深度結(jié)合，對傳統(tǒng)與現(xiàn)代新技術(shù)進行了綜合運用，從而形成了一種群體性技術(shù)。

從機械系統(tǒng)理論方面分析，應該將技術(shù)功能目標、組織結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，將智力、動力等因素作為構(gòu)成基礎，對系統(tǒng)各要素及之間的信息關(guān)系處理好，耦合接口，然后開展傳遞運動及物質(zhì)運動，另外系統(tǒng)的能量變換也是系統(tǒng)的有機結(jié)合與集成部分。系統(tǒng)程序及微電子電路有序信息必須控制好，開展物質(zhì)及能量的規(guī)則有序運動，使具備高功能、高質(zhì)量及高精度及低能耗技術(shù)綜合在一起，實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳功能價值，總的來說，機電一體化可以被定義為一種系統(tǒng)工程技術(shù)。

1.2 機電一體化技術(shù)學科的構(gòu)成成分

結(jié)構(gòu)、動力、運動及感知等成分有機構(gòu)成了機電一體化系統(tǒng)，其中機械本體是結(jié)構(gòu)組成要素，功能要素也集中存儲在其中，構(gòu)成要素主要是機身、框架、支撐及聯(lián)接等等；動力驅(qū)動部分體現(xiàn)了動力組成要素，依照機電一體化技術(shù)相關(guān)要求，它主要提供能量及動力為機電一體化系統(tǒng)，確保系統(tǒng)正常健康運行；測試傳感部分其中蘊含著感知組成要素，它對系統(tǒng)運行本身及外在環(huán)境所需參數(shù)與狀態(tài)進行檢測，并將其轉(zhuǎn)換為可識別信號，接著將其輸送至信息處理單元，最終產(chǎn)生出一些控制信息；而職能組成要素一般包含在控制及處理信息部分里，集中、存儲、分析并加工處理測試傳感部分的信息及外部直接輸入指令，依據(jù)系統(tǒng)信息處理結(jié)國、規(guī)定程序等指令，對整個系統(tǒng)進行控制[1]；運動組成要素主要蘊含在執(zhí)行機構(gòu)中，依照系統(tǒng)中控制、信息處理部分相關(guān)指令，積極做出規(guī)定好的動作及指令。

2 機電一體化技術(shù)在金屬切削中的應用

我們這里使用機電一體化技術(shù)對金屬切削實際操作步驟進行仿真模擬，首先應明確金屬切削的三大部分與操作步驟：第一步是前處理，接著是仿真模擬，最后是后處理。前處理部分占用用戶操作時間最長，大約有80%，這個階段處理了許多定義，下面我們就來具體分析下機電一體技術(shù)在金屬切削中的實際應用步驟與內(nèi)容。

2.1 金屬仿真切削的前處理

前處理工作首要內(nèi)容就是金屬切削模型的構(gòu)建，構(gòu)建模型需要設定工作條件，這里的金屬仿真切削加工方式是旋轉(zhuǎn)加工，涉及到的單位制選擇國際單位制，金屬表面的加工速度應設置為100 rpm，切削深度設置為500 nm，進給設置為1 mm/min，模型建立溫度應該是20 ℃，設置0.6的摩擦系數(shù)、45的熱導率。

第二個內(nèi)容就是刀具的設定，此次實際應用選取Deform封裝刀片庫中刀片，設置刀片起初溫度值為20 ℃，采用相對劃分法將刀具網(wǎng)格劃分成35 000個，因為刀具剛性較好，在仿真處理過程中時，刀具應該做旋轉(zhuǎn)或者時進給運動，施加約束給工件內(nèi)表面，對金屬切削運動過程進行仔細模擬。第二步是建立工作模型，首先選定工件形狀，選用有彎度模式的工件形狀，其直徑應為0.05 m，彎曲角度應為15 ℃，實驗應用中的硬質(zhì)合金材料選取Deform材料庫中封裝，也使用相對劃分法劃分工件網(wǎng)格，將其分為40 000個，選用材料應基本上能夠滿足現(xiàn)實金屬切削要求[2]。第三步是設置好金屬切削的相關(guān)條件，存儲量增量工作應該根據(jù)四步頻率法開展，由此得出存儲需要的運算步數(shù)共有200步，切削終止角度值設定為7.5 °，道具磨損也是需要設定的，方便后續(xù)處理時對道具磨損量的查看，對a、b分別取值0.0000001、855.0依據(jù)經(jīng)驗值。第四步是對設定結(jié)果進行檢查，一直到對話框內(nèi)的檢查項全部都打勾，并出現(xiàn)“You can click Finish”，如果檢查過程中出現(xiàn)不合理不恰當之處，相應的警告或錯誤提示就會顯示出來，相關(guān)操作人員應該按照提示對設定值進行修改，修改正確至“You can click Finish”出現(xiàn)。第五步是退出之前要進行相關(guān)的處理，退出按工具欄中相對應按鈕，然后出現(xiàn)提示窗口，退出窗口只要點擊【yes】就可以了，接著就會有文件MACHINE.DB生成，最后進行切削加工前處理工作。

2.2 模擬切削過程

金屬切削過程模擬時，有關(guān)機械的主軸轉(zhuǎn)速、切削深度應該分別進行設置，分別設置成100轉(zhuǎn)/min、500 nm，進給進行1min。操作者對電腦主頁面目錄菜單中的MACHINE.DB進行點擊，頁面右側(cè)窗口會顯示一個run選項，這個選項點開后將有一個模擬運行界面出現(xiàn)，如果顯示Running則是正在運行；模擬金屬切削過程中往往會遇到一些問題，這時應立即停止切削過程的模擬，對主窗口中選項Process Monito進行點擊，監(jiān)控其運行過程，點擊Abort Immediately來完成立即停止指令，切削過程正常完成后，處理并分析運行結(jié)果[3]。

2.3 后處理

最后要對切削過程進行后處理分析，第一個分析內(nèi)容就是金屬切削過程中道具的磨損程度，實際磨損程度，如圖1所示。

由圖1能夠看出，刀尖磨損程度隨著時間推移越來越大。

由后處理我們也能夠得到切削過程中刀具表面的切削熱情況，如圖2所示。

從上述的金屬切削工具的仿真視圖中，能夠看到前刀面主切削刃附近是刀具表面切削溫度最高的，因為這個區(qū)域內(nèi)的刀具及工件壓力較高，產(chǎn)生了較大的摩擦力，這也表明刀具溫度上升的主要原因是刀屑間摩擦，并且刀具溫度升高至400 ℃左右時，溫度會一直保持，其中溫度更高一些的是刀尖端[4]。切削應力是切削過程中不可避免的，這個力的計算需要從三方面三個方向考慮：X、Y、Z，從而計算推測出切削深度為500 nm，三個方向上力的具體數(shù)值，見表1。

切削的速度與進給量應該保持不變，按照上述操作過程分別模擬切削深度為300、400、600及700 nm的金屬切削件通過Deform，并將其與500 nm切削深度比較，計算步仍舊設置為200步，剩下數(shù)據(jù)的設定也不變。通過比較分析，可以得出：切削速度及進給量保持不變時，切削深度增加，切削力增大[5]。主切削力隨切削量增大而逐漸增大，但是進給力及背向力隨切削力增大而緩慢增大。

3 結(jié) 語

這些都是機電一體化實踐模擬操作過程，要讓學員很好地掌握金屬切削技能，除了給其傳授實際操作方法外，還要講授一些機電一體化理論知識，應該首先明確人才培養(yǎng)目標，明確機電一體化的重難點，開展形式多樣的教授形式和方法。

參考文獻：

[1] 王麗，龔君.《機械制造基礎》課程教學設計探索[J].科技視界，2014，（6）.

[2] 劉菊青，方斌，張立，等.淺談機電一體化技術(shù)在金屬切削中的應用[J].科 技視界，2013，（27）.

[3] 林會.試論我國的技術(shù)標準制度—以數(shù)控機床技術(shù)標準為分析對象 [D].廈門：廈門大學，2012.

[4] 汪武葵，劉春華，金鐵興，等.簡析數(shù)控車床的特性[J].中國科技博覽，2012，（7）.

[5] 陳雷明，楊潤澤.實彈鉆孔溫度測量實驗研究[J].機電一體化，2010，（9）.