[2]一种角度仪校准仪．发明专利．专利号：ZL201510362170.9．公开时 间：2015.10.14．第一发明人．
31
谢谢！
60°
90°
+0.1°
+0.1°
+0.1°
+0.1°
-0.2°
-0.1°
-0.1°
+0.1°
27
5、现场校准

长条形倾角仪校准
校准角 度
校准角度误差
第一象 第二象 第三象 第四象 限 30° 45° 60° -0.1° +0.1° -0.1° 限 -0.1° -0.1° +0.1° 限 限
+0.1° +0.1° +0.1° +0.1° -0.1° -0.1°
切削刃口温度高
刀转角度：78.8°
刀转角度：112.6°刀转角度：129.5°
刀转角度：152° 刀转角度：163.3° 刀转角度：174.5°
17
5、仿真分析

切屑比较
易断裂脆弱区 外形相似度高
切屑断裂
18
5、仿真分析

温度仿真
19
4、改进型装置设计

步进电机控制
20
4、改进型装置设计

电机控制流程
采样频率：3KHz 主轴转速：3000r/min
采样周期：0.02s
单铣削周期内，铣刀刃口受力Fy 最大，先切入材料的刃口受各向 铣削力大于后切入刃口，后切入 刃口受各向铣削力以力值小、峰 值多的规律变化。
前齿铣削过程
后齿铣削过程
7
3、结果分析

极差分析
250 200
Fx Fy Fz
F/N 主轴转速 n 1 2 3 水平 Fx Fy Fz
vik (t 1) wvik (t ) c1r1( pi k xik (t)) c2r2( p gk xik (t))
迭代计算过程 否 最大迭代次 数/终止迭代 条件？ 是 输出最优解
xik (t 1) xik (t ) vik (t 1))
结束
12
4、参数优化

+0.1° +0.2° -0.1°
-0.1°
-0.1°
-0.1° +0.1° -0.1°
-0.2° +0.1° -0.2° +0.1°
90°
+0.1° -0.1°
-0.1°
-0.1°
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5、现场校准

矩形倾角仪校准
校准角
度
校准角度误差
第一象 第二象 第三象 第四象
限 30° 45° +0.1° -0.1° 限 -0.2° -0.1° 限 +0.1° +0.1° 限 -0.1° +0.1°


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7、论文与科研成果
1. 发表的学术论文 [1]基于高精度编码器倾角仪校准装置[J]．自动化与仪器仪表．2015， 9：234-236．第一作者． 2. 取得的相关科研成果 [1]一种角度仪校准仪．实用新型专利．专利号ZL201520448369.9．授权 时间：2015.12.9．第一发明人．
Fxyz 3294V 0.049 f z 0.4128a p 0.3257 a w 0.9239 R
13
4、参数优化

约束条件
工件材料：模具钢SKD61
刀具材料：Φ6硬质合金球头铣刀
机床参数：XH715立式加工中心，转速60-8000r/min,工作台尺寸510×1200mm 主轴转速： 3000≤ n ≤ 5000，m/min 每齿进给量：0.005≤ fz ≤ 0.015，mm/z 铣削深度： 0.2≤ ap ≤ 0.6，mm 铣削宽度： 0.2≤ ae ≤ 1.0，mm
上海工程技术大学硕士学位论文答辩
高精度倾角仪检定校准装置

答辩学生： 导 专 学 学 师： 业： 号： 院：
何祥圣 黄立新 教授 机械制造及其自动化 M010114128 机械工程
2017年2月13日
1
论文主要内容

1、绪论 2、试验研究 3、结果分析


4、参数优化分析
铣削力预测
Fx 1941.1V 0.3447 f z 0.3244a p 0.2340a w 0.4142 R
Fy 3692.8V 0.0291 f z 0.4184a p 0.6613a w 1.3785 R
Fz 504.5V 0.09127 f z 0.2687 a p 0.5657 a w 1.0024 R
3
2、试验研究

铣削坐标系及参数设置
因子及 水平 水平1 水平2
n（r/min） fz（mm/z） ap（mm）R（mm） 3000 4000 0.005 0.01 0.6 0.8 3 4
水平3
5000
0.015
1.0
5
铣削坐标系
因子及水平表
5
2、试验研究

检测系统
6
3、结果分析

采样分析
铣削周期
5、仿真分析 6、总结与展望 7、论文与科研成果
2
1、绪论

技术路线
SKD61钢正交铣削试验
铣削SKD61钢三维有限元仿真
试验数据处理
PSO优化分析
切屑分析
铣削力极差分 析
铣削力预测模 型优化计算 铣削参数优化 分析
铣削温度分析 铣削力分析
刃口应力分析
效应分析
阐明铣削参数对铣削力的影响关系，建立铣削力预测模型，进行铣削参 数优化，分析切屑形成、铣削温度、刃口应力等仿真结果，为模具钢 SKD61铣削加工提供指导。
其中a,b,c,d分别为对应试验中四个参数的效应值
令fijkl估计值为f `，满足
9 9 ( Fm f ') 2 min ( Fm f ijkl ) 2 m1 m1
10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 3、结果分析

效应分析
11
4、参数优化
开始

粒子群算法
参数初始化：c1, c2, x,v等 适应度计算 速度/位置更新
21
4、改进型装置设计
电机控制-上位机软件

22
4、改进型装置设计

图像数据采集软件
23
4、改进型装置设计

倾角仪数据图像识别软件
24
5、现场校准

装置校准证书
25
5、现场校准

对不同倾角仪进行校准 方盒型校准
校准角
校准角度误差
度
第一象 第二象 第三象 第四象 限 限 限 限
30°
45° 60°
优化目标 加工效率
加工成本 刀具使用 寿命 多目标优 化
11.4
39.552
26.241
288.28
672.43
206.36
20.122
59.497
54.478
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5、仿真分析

切屑形成
切屑形成
切屑爬升滑移
刀转角度：5.63°
刀转角度：22.5° 刀转角度：39.4°
与槽底部接触、 挤压，切屑弯曲
Fm f ijkl em, m 1, 2, 3, 4, , 9
em ~ I (0, 2) ，相互独立 m (i 1)*3 j,i 1,2,3; j 1,2,3; k 1,2,3;l 1,2,3
fijkl数据结构：
f ijkl f ai b j ck dl
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4、参数优化

优化求解
加工效率
加工成本
使用寿命
多目标
15
4、参数优化

优化结果分析
优选参数组合 n:5000r/min， fz:0.015mm/z,ap:0.6mm,ae:1mm n:5000r/min， fz:0.015mm/z,ap:0.6mm,ae:1mm n:5000r/min， fz:0.005mm/z,ap:0.2mm,ae:0.2mm n:5000r/min， fz:0.015mm/z,ap:0.6mm,ae:0.4191mm tw (min) 11.4 C(元) 39.552 To（min） 26.241

单因素结果
n = 3000r/min
n = 5000r/min
fz = 0.01mm/z
fz = 0.015mm/z
ap = 0.2mm
ap = 0.6mm
9
（2-2）
3、结果分析

效应分析
用fijkl表示第(i–1)*3+j号试验各因素水平搭配对分析指标影响的总和，即Fm理论值，用
em表示第m号试验数据的随机误差，因此则有公式：
90°
+0.1°
-0.1°
-0.1°
-0.1°
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6、总结与展望

总结： (1) 设计研制了手动型校准装置，实现了对各类倾角仪进行校准的功 能。 (2) 所研制的手动型装置经上海市计量测试技术研究院、华东国家计 量测试中心检验，已获得校准证书，达到了计量检验部门的要求。本 装置已应用于不同型号的倾角仪进行的现场校准试验。 (3) 在手动型装置的基础上，设计了改进型的校准装置，对机械机构 进行改进，设计了上位机软件与下位机软件对电机进行控制，取代了 手动的操作，提高了装置自动化的程度。 (4) 对改进型装置设计了上位机软件，通过数据传输以及图像识别的 等方法获取被检倾角仪的数据，提高了所需校准角度数据的采集效率 与自动化程度。 29