PAGEPAGE6本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化摘要牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)的急回特性是決定刨床加工效率的重要因素，如何改善牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活有很大的意義。本論文從牛頭刨床的六桿機(jī)構(gòu)部分入手，吸取前人選擇了較大的導(dǎo)桿擺角等的經(jīng)驗(yàn)，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析的方法，對(duì)六桿機(jī)構(gòu)中的桿長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)計(jì)算找出最優(yōu)桿長(zhǎng)，提升了牛頭刨床的生產(chǎn)效率。從而提高了被切削工件的質(zhì)量，滿足人們的使用要求。關(guān)鍵詞：六桿機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；動(dòng)力學(xué)分析ABSTRACTThesharpreturncharacteristicsofthebullheadplanerdrivesystemisanimportantfactorthatdeterminestheprocessingefficiencyoftheplaner,andhowtoimprovethebullheadplanerdrivesystemisofgreatsignificancetoreallife.Thispaperstartsfromthesix-barmechanismpartofthebullheadplaner,drawsontheexperienceofthepredecessorwhoselectedalargeguiderodswingangle,etc.,andusesthemethodofoptimizationdesignanddynamicanalysistooptimizethelengthofthesixrodmechanism,andcalculatestheoptimalrodlengthtoimprovetheproductionefficiencyofthebullheadplaner.Thusimprovingthequalityoftheworkpiecebeingcutandmeetingpeople'srequirements.Keywords:sixbarlinkage；Kineticanalysis；Theoptimizationdesign目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 71.1研究的背景 71.2研究的目的及意義 81.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀 91.4研究方法 111.5優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展概況 121.6本章小結(jié) 13第2章牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 142.1牛頭刨床的組成和工作原理 142.1.1牛頭刨床的結(jié)構(gòu)組成 142.1.2牛頭刨床的工作原理 152.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 162.2.1數(shù)學(xué)模型的建立 162.2.2導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸 172.2.3位移分析 172.2.4速度分析 182.2.5加速度分析 18第4章牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化 194.1牛頭刨床六桿機(jī)設(shè)計(jì)變量的確定 194.2牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)目標(biāo)函數(shù)的建立 204.3牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)約束條件的確定 214.3.1約束條件 214.3.2約束條件的確立 214.4優(yōu)化結(jié)果 22第5章結(jié)論與展望 235.1結(jié)論 235.2展望 23參考文獻(xiàn) 24致謝 25第1章緒論1.1研究的背景刨床的演變經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間，很多人在挫折中將刨床事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展到了很好的地步。新中國(guó)成立之前，我國(guó)的工業(yè)水平還是低價(jià)勞動(dòng)力居多，切削加工大型重型材料所花費(fèi)的成本巨大，難以接受；而采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)不利于自身發(fā)展。在新中國(guó)成立之后，這種情況改善很多，從只有少部分機(jī)械，到人們精益求精，發(fā)明生產(chǎn)各種專(zhuān)業(yè)的工業(yè)設(shè)備。現(xiàn)階段的機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)床是十分關(guān)鍵的工業(yè)設(shè)備，在整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域所占的比重有一半以上。先進(jìn)的機(jī)床不僅能反映加工產(chǎn)品的質(zhì)量和精度，同時(shí)也影響著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。不斷完善的機(jī)床設(shè)備提高了產(chǎn)品的質(zhì)量、代替了大量勞動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)了加工大型工件的生產(chǎn)。不僅提高了以往工作的效率，也意味著工業(yè)水平有了質(zhì)的飛躍。到了20世紀(jì)，各類(lèi)機(jī)床如：削床、統(tǒng)床、錠床、鉆床、拉床等相應(yīng)的制造出來(lái)。經(jīng)由學(xué)者們不斷的研究，直到如今精密的機(jī)床。當(dāng)前刨床的種類(lèi)演化了很多種類(lèi)，按照其結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)，基本分為如下幾類(lèi)REF_Ref11277\r\h[1]：插床（立刨床）：此類(lèi)機(jī)床在工作時(shí)，工作臺(tái)上的工件做橫、縱向以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。懸臂刨床：此類(lèi)機(jī)床工作時(shí)，它的立式銑頭做橫向的進(jìn)給，側(cè)銑頭垂直進(jìn)給。牛頭刨床：此類(lèi)機(jī)床在工作時(shí)，位于滑枕的固定架上的刀頭一般做直線往返運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)間歇性的豎直和水平運(yùn)動(dòng)。本文討論的刨床在傳動(dòng)過(guò)程中，刨刀被滑枕帶動(dòng)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且滑枕前的刀頭形狀類(lèi)似牛頭，故稱(chēng)其為牛頭刨床。如下圖所示：圖1.1牛頭刨床的結(jié)構(gòu)牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在簡(jiǎn)化之后成為六桿機(jī)構(gòu)REF_Ref27432\r\h[16]?；碓谇邢鬟^(guò)程中做主要運(yùn)動(dòng)，為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)過(guò)程有兩個(gè)階段，一是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，二是回程階段。其中，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，要求刨刀速度平緩且不影響加工質(zhì)量；回程階段時(shí)，由于刨頭不做切削動(dòng)作，故速度極快，這便是急回特性的原因。六桿機(jī)構(gòu)是牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部分。在傳統(tǒng)的觀點(diǎn)中，優(yōu)化牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)是從改進(jìn)導(dǎo)桿擺角去下手，由此可得到更好的急回特性；或者選擇恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)路位置借此改善機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。然而刨刀切削時(shí)速度的改變無(wú)法用經(jīng)驗(yàn)決定，需要多次的嘗試改進(jìn)。1.2研究的目的及意義當(dāng)今社會(huì)，人們不光在質(zhì)量上精益求精，并且力求節(jié)省材料，以此來(lái)達(dá)到最高的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。因而，大家對(duì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)要求不斷提升，希望通過(guò)科學(xué)的方式來(lái)達(dá)到這些要求。本文從牛頭刨床的六桿機(jī)構(gòu)部分入手，通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外的研究，在此基礎(chǔ)下觀察比對(duì)牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，分析其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)查閱相關(guān)的參考書(shū)籍，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)手冊(cè)等，計(jì)算并選擇合適的六桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)得到的各種數(shù)據(jù)，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法找到桿長(zhǎng)范圍的最優(yōu)選取區(qū)間，以此來(lái)提升機(jī)床的工作效率。人們的需求以及加工工藝的精進(jìn)促使牛頭刨床更進(jìn)一步的發(fā)展，使得牛頭刨床的加工精度隨之提高。本文通過(guò)優(yōu)化方法，比對(duì)找出最優(yōu)桿長(zhǎng)。這一方法的使得刨刀的切削速度在工作中趨于平穩(wěn)，從而提升加工產(chǎn)品質(zhì)量，并且優(yōu)化過(guò)后的結(jié)論也可給未來(lái)的研究提供參考。1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀新中國(guó)成立之前，我國(guó)機(jī)械工廠的數(shù)量很少，規(guī)模也不大。牛頭刨床的生產(chǎn)品種少，數(shù)量不多。在此之后，國(guó)家非常看重這一部分的發(fā)展，在全國(guó)各地不斷擴(kuò)建新的刨床工廠，經(jīng)過(guò)多年的堅(jiān)持，我國(guó)刨床領(lǐng)域逐漸變好，在市場(chǎng)中占據(jù)了一席之地。當(dāng)今我國(guó)市場(chǎng)上刨床品種滿足各種需求，這離不開(kāi)大家的不斷鉆研。這樣的氛圍下，大量的創(chuàng)新想法紛紛涌現(xiàn)。在牛頭刨床的生產(chǎn)中，急回特性具體表現(xiàn)在退刀的速度大于進(jìn)給的速度?？盏稌r(shí)的速度越大，急回特性越顯著。這是牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)在加工過(guò)程中最主要的特征要求之一，目的是提高刨床的工作效率REF_Ref15849\r\h[9]。近年來(lái)我國(guó)的研究人員致力提高牛頭刨床的加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在牛頭刨床的許多方面都有了長(zhǎng)足進(jìn)步，錢(qián)文婷，徐承妍，李濱城等人采用MATLAB軟件對(duì)牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)剖析或模擬仿真，根據(jù)模擬仿真，他們表現(xiàn)出了機(jī)構(gòu)的受力狀況和運(yùn)動(dòng)情況，并運(yùn)用微分法，用SIMULINK實(shí)現(xiàn)了模擬仿真REF_Ref16734\r\h[10]。蘭州理工大學(xué)流體動(dòng)力與控制學(xué)院的敏政、邵翔宇、王樂(lè)、王異凡等人，對(duì)牛頭刨床進(jìn)行兩種以上條件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將通過(guò)MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)REF_Ref16329\r\h[14]。還有許多學(xué)者做了各種牛頭刨床相關(guān)的研究，他們都為這一領(lǐng)域的發(fā)展出了一份力。國(guó)外的牛頭刨床生產(chǎn)公司數(shù)不勝數(shù)，他們會(huì)根據(jù)自身的條件和需求生產(chǎn)對(duì)應(yīng)類(lèi)型的牛頭刨床，他們的專(zhuān)家學(xué)者也在一直研究改進(jìn)牛頭刨床。表1.1相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀表1.1表現(xiàn)出牛頭刨床、傳動(dòng)系統(tǒng)以及機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)三個(gè)主題在領(lǐng)域內(nèi)的研究現(xiàn)狀，可以看出在傳動(dòng)系統(tǒng)的研究已經(jīng)非常深入，有很多相關(guān)的文獻(xiàn)；而機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)和牛頭刨床相關(guān)領(lǐng)域的研究相對(duì)少，在此方面下手較易突破。1.4研究方法本文從牛頭刨床的六桿機(jī)構(gòu)部分入手，通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外的研究，在此基礎(chǔ)下觀察比對(duì)牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，分析其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，建立牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其位移、速度、加速度進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)比幾種傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，找出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案例如改變桿的長(zhǎng)度，得到最合適的方案，最后提高牛頭刨床的生產(chǎn)效率。1.5優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展概況早期的運(yùn)籌學(xué)理論出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，成為了當(dāng)時(shí)軍事上運(yùn)用的經(jīng)典理論REF_Ref2828\r\h[17]。運(yùn)籌學(xué)解決了許多古典微分法、變分法解決不了的問(wèn)題。到后來(lái)，數(shù)學(xué)領(lǐng)域中出現(xiàn)了它的一個(gè)新的分支，數(shù)學(xué)規(guī)劃理論。優(yōu)化設(shè)計(jì)就是以此為基礎(chǔ)演化而來(lái)。1960年左右，計(jì)算機(jī)和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展為優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)辟了道路，大量的工程技術(shù)人員終于可以用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來(lái)計(jì)算工作中的問(wèn)題。而到了1970年左右優(yōu)化設(shè)計(jì)才在機(jī)械設(shè)備行業(yè)中大規(guī)模推行起來(lái)，其發(fā)展速度飛快，許多機(jī)械相關(guān)問(wèn)題都被優(yōu)化設(shè)計(jì)所解決。優(yōu)化設(shè)計(jì)其中包含了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)這一部分，具體是研究凸輪和連桿軌跡函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題。在這一基礎(chǔ)上還為機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了標(biāo)準(zhǔn)化程序REF_Ref3958\r\h[18]。在主動(dòng)件扭矩最小波動(dòng)等機(jī)械動(dòng)力學(xué)問(wèn)題上，優(yōu)化設(shè)計(jì)也有較大突破。減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)在研究機(jī)械零件的領(lǐng)域已經(jīng)得到研究人員的一致認(rèn)可，這方面的進(jìn)步尤其迅速。一般有三種不同的分析：機(jī)械系統(tǒng)的靜力學(xué)分析。這類(lèi)分析僅考慮了各個(gè)部件所受到的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。這種分析是在不受外力作用下，構(gòu)件的部位、速率和瞬時(shí)速度與時(shí)間的關(guān)系。機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。在受混合動(dòng)力情況下將通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代有普遍的應(yīng)用，但其仍存在著諸多問(wèn)題，因此必須對(duì)其進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)是一種優(yōu)化軟件，將優(yōu)化設(shè)計(jì)和三維建模配合起來(lái)，可以使設(shè)計(jì)更加高效。1.6本章小結(jié)本章簡(jiǎn)單介紹了牛頭刨床的發(fā)展歷史和研究背景，依據(jù)當(dāng)今研究現(xiàn)狀，明確提出了這篇文章的研究方向、目地和實(shí)際意義。掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)方式的必要性和合理性。據(jù)此提出了本文研究課題——牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化。第2章牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析2.1牛頭刨床的組成和工作原理2.1.1牛頭刨床的結(jié)構(gòu)組成總的來(lái)說(shuō)牛頭刨床主要由工作臺(tái)、床身、刀架、滑枕、變速機(jī)構(gòu)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)等組成。1.機(jī)架2.曲柄3.滑塊4.導(dǎo)桿5.連桿6.滑枕7.凸輪1-8-9-10.四桿機(jī)構(gòu)11.電動(dòng)機(jī)圖2.1牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖1.床身床身是用來(lái)放置機(jī)床的部件，其前部分是豎直的導(dǎo)軌，上面有水平導(dǎo)軌，它的內(nèi)部包含了變速器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.滑枕滑枕用來(lái)安裝刀頭，利用直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)做刨削工作。3.工作臺(tái)作用是隨橫梁橫著挪動(dòng)或隨橫梁一起沿床體豎直滑軌調(diào)節(jié)。用來(lái)調(diào)節(jié)工件的位置。4.進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)給作用主要運(yùn)用于操縱工作臺(tái)的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。5.變速機(jī)構(gòu)操縱變速機(jī)構(gòu)手柄將動(dòng)力轉(zhuǎn)換后傳遞至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。牛頭刨床的作用是加工工件的平面與溝槽，目前的牛頭刨床大多都是以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為主，其回程時(shí)不會(huì)切割工件，因此，滑枕的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)變化REF_Ref18406\r\h[7]，在一般牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)工作中中，刨刀的運(yùn)動(dòng)是伴隨著滑枕的活動(dòng)而線形活動(dòng)的，刀架不僅可以通過(guò)手動(dòng)進(jìn)給還可以在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，產(chǎn)品工件在工作臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)是水平的或豎直的。在工作領(lǐng)域中常常常用于生產(chǎn)加工平面圖、管溝、燕尾形等REF_Ref14496\r\h[20]。牛頭刨床刨刀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而加工表面時(shí)有比較高的效率。在散件小批量生產(chǎn)中，尤其在一些特殊部門(mén)中仍在廣泛使用這類(lèi)機(jī)床。近幾年來(lái)，不管是外觀，還是操作方便，加工性能等方面，國(guó)內(nèi)聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的牛頭刨床產(chǎn)品都得到了很大的進(jìn)步。本文主要對(duì)六桿機(jī)構(gòu)部分做了研究，主要了解六桿機(jī)構(gòu)的組成、作用等，為了后面的研究做出鋪墊。2.1.2牛頭刨床的工作原理如圖2.2所示為牛頭刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)示意圖，可簡(jiǎn)化為六桿機(jī)構(gòu)。從下圖可以看得出牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和規(guī)律性REF_Ref17649\r\h[4]，由曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)帶著連桿和滑塊導(dǎo)致刨刀在一個(gè)水平線上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨刀向右邊走刀是切削過(guò)程，在加工過(guò)程中，按照要求，加工的速率要保持一致，目的是保護(hù)刀具增加使用時(shí)間，還可以提高產(chǎn)品的工藝質(zhì)量。向左是回程階段，由于回程是空刀，導(dǎo)致其速度大，具有急回特性。圖2.2牛頭刨床的機(jī)構(gòu)示意圖2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析2.2.1數(shù)學(xué)模型的建立己知B6065型牛頭刨床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，數(shù)據(jù)如表2.1。圖2.3為牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的幾何模型，如圖所示：表2.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析工作行程H（mm）300轉(zhuǎn)速n（r/min）48機(jī)架L5（mm）150行程速比系數(shù)K2連桿與導(dǎo)桿之比0.33YESEYESEYL3YL3L5`DΘ4L5`DΘ4L3=LL3=L2Θ1ABL1BL1L5SS3Θ3Θ3CXCX圖2.3牛頭刨床的幾何模型2.2.2導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸根據(jù)原始數(shù)據(jù)，行程速比系數(shù)K=2，則原動(dòng)件L2的極位夾角θ=180°×曲柄L1=L導(dǎo)桿L2=H連桿L3=L2×0.33=992.2.3位移分析先建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，以C為坐標(biāo)原點(diǎn)，并標(biāo)出各矢量的方向。由圖可得L5+L1=S3L2+L3將式(2.1)、式(2.2)寫(xiě)成兩坐標(biāo)軸上的投影式，得S3cosθ3=LS3sinθ3L2cosθ3L2sinθ3由（2.1）（2.2）（2.3）（2.4）可以得出滑塊的位移量S3.構(gòu)件L2，L3的角度，以及刨頭E點(diǎn)的位移量SE。即θ3=arctanLθ4=acrsinLS3=L12.2.4速度分析位移分析完之后，我們需要知道刨頭的速度這一指標(biāo)，通過(guò)位移對(duì)時(shí)間的求導(dǎo)即由式（3.3）（3.4）（3.5）（3.6）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，寫(xiě)成矩陣的形式得到：cos通過(guò)解線性方程組可以求出滑塊的滑動(dòng)速度值，和構(gòu)件L2、L3的角速度w3、w4及刨頭E點(diǎn)的速度VE.由于后續(xù)需要E點(diǎn)的速度值，即ω3=ω1VE=L22.2.5加速度分析速度得出之后，在將速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)，也可以由（2.3）（2.4）（2.5）（2.6）進(jìn)行二次求導(dǎo)，寫(xiě)成矩陣的形式得到cos--利用此線性方程組可以得到滑塊的加速度和L2、L3的角加速度及刨頭E點(diǎn)的加速度。即α3=L5ω4=-ω3αE=-L2ω3第4章牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化伴隨著科技的飛速發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法被運(yùn)用到方方面面，大的來(lái)說(shuō)有對(duì)產(chǎn)品的優(yōu)化，小的來(lái)說(shuō)到自身發(fā)展的優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)融入到生活的方方面面。優(yōu)化設(shè)計(jì)出現(xiàn)在1960年左右，是一種科學(xué)的設(shè)計(jì)方法REF_Ref18782\r\h[2]。它可以在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改進(jìn)和物流配置等方面發(fā)揮作用。當(dāng)我們使用這種方法時(shí)，首先找到項(xiàng)目中相關(guān)的研究參數(shù)，利用數(shù)學(xué)方法得出最優(yōu)解，并與原始數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的效果，這就是優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義。4.1牛頭刨床六桿機(jī)設(shè)計(jì)變量的確定在之前我們?cè)诶脭?shù)學(xué)模型分析了刨頭的速度公式能看出：牛頭刨床的桿長(zhǎng)、擺角與刨刀的加速度、速度和位移相關(guān)。我們從圖2.2機(jī)構(gòu)示意圖看到：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有L2L3與壓力角構(gòu)成，刨刀在機(jī)架豎直方向時(shí)，壓力角較小REF_Ref18919\r\h[8]，可得：L5'=1由式(4.1)觀察到，式子中的值為變量。又根據(jù)圖2.3的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可以算出機(jī)架L5的長(zhǎng)度REF_Ref19321\r\hREF_Ref19321\r\h[15]。可得：L5=L1由式(4.2)可知，L5的長(zhǎng)度不是獨(dú)立變量。由于行程速比與極位夾角的θ的關(guān)系為：θ=K-1K+1×180即K=180°+θ根據(jù)《機(jī)械原理》課本，可用行程速比系數(shù)K來(lái)表現(xiàn)牛頭刨床的急回特性，我們可以通過(guò)計(jì)算得：cosθ2=L由式(4.4)，(4.5)可知K與L1L5有關(guān)，我們?cè)O(shè)機(jī)架L1為單位長(zhǎng)度，所以可用K代替L1，這樣六桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的變量就有三個(gè)參數(shù)組成，即：X=4.2牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)目標(biāo)函數(shù)的建立在建立目標(biāo)函數(shù)時(shí)，我們既要使加工過(guò)程平穩(wěn)，又要確保優(yōu)秀的急回特性。這使得需要在兩者之間找到平衡點(diǎn)，所以我們將加工速度穩(wěn)定性作為此次的目標(biāo)函數(shù)REF_Ref19755\r\h[3]。由式(3.12)我們已經(jīng)得出刨頭速度的方程為V我們要讓刨刀的實(shí)際速度VE接近勻速,其理論速度VM的取值參考文獻(xiàn)中的數(shù)值。令刨刀的實(shí)際速度VE（X,θi）與理論速度VM的均方差達(dá)到最小值為目標(biāo)函數(shù)REF_Ref19892\r\h[11]，即minfx=1式(4.6)中，n是刨刀工進(jìn)中曲柄軌跡的等分點(diǎn)，θ1i為第i個(gè)等分點(diǎn)處曲柄的轉(zhuǎn)角，VE4.3牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)約束條件的確定4.3.1約束條件在優(yōu)化的過(guò)程中，需要在一定限制條件下確立能夠?qū)嵭械姆桨?。一般將這種條件叫做約束條件，由于被約束對(duì)象不同，一般有兩種方法來(lái)約束，一是特點(diǎn)約束，一是邊界約束REF_Ref21272\r\h[21]。給定一個(gè)問(wèn)題作為優(yōu)化方向是解題過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，總體優(yōu)化模型被定義為最小代價(jià)函數(shù)時(shí)表現(xiàn)為小于或等于形式，即h(x)=0g(x)≤04.3.2約束條件的確立當(dāng)確定約束條件時(shí)，要滿足六桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)條件，將機(jī)架及連桿作為最短干，同時(shí)把曲柄長(zhǎng)度設(shè)為單位長(zhǎng)度。即L1=1，因此成立約束條件首先要使L2不能過(guò)長(zhǎng)，否則導(dǎo)致重心高；但不能太短，長(zhǎng)度必須大于L1+L5；K大于1會(huì)有好的性能REF_Ref20003\r\h[12]，擺角為φ，取1.11.1≤1.2≤K≤2.2得到：g(1)=L2-1.11+1/g(2)=1.81+1/sinφ2g(3)=L3-1.1≥0g(4)=2.4-L3≥0g(5)=k-1.2≥0（4.11）g(6)=2.2-k≥0（4.12）4.4優(yōu)化結(jié)果牛頭刨床在工作中有不一樣的工況要求，所以選取刨頭的速度應(yīng)有許多級(jí)，本文查找B6065型牛頭刨床在工況下的多級(jí)平均速度和與之對(duì)應(yīng)的曲柄的轉(zhuǎn)速REF_Ref19892\r\h[11]，運(yùn)用MATLAB程序進(jìn)行優(yōu)化，參看附錄。優(yōu)化結(jié)果如4.1表所示：表4.1優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果理想速度曲柄速度優(yōu)化結(jié)果Vm（m/s）n1（r/min）L2/L3L3/L1Kf0.12912.63.27242.19402.02960.13560.18617.83.27242.19402.02960.19570.25825.13.27242.19402.02960.27180.37636.63.27242.19402.02960.39690.54152.63.27242.19402.02960.57140.68273.13.30072.19402.00760.7306由表4.1中所有選取的理想速度是在0.128到0.681，覆了B6065型刨床的工作速度，而選取的速度是最小值到最大值區(qū)間?？梢钥闯觯鶕?jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，最優(yōu)結(jié)果為X=3.2723,2.1950,2.0295第5章結(jié)論與展望本文基于國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，從理解刨床領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用動(dòng)力學(xué)分析的方法進(jìn)行參考。本文以查閱大量關(guān)于牛頭刨床的文獻(xiàn)為例，探討了本文的研究思路。5.1結(jié)論本文的結(jié)論主要有以下幾個(gè)方面：1.通過(guò)牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，在不考慮外力的前提下，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.介紹了一種優(yōu)化六桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)來(lái)提高刨刀加工速度的方法。3.此次優(yōu)化設(shè)計(jì)提高了生產(chǎn)效率，有一定的實(shí)際意義，可以給類(lèi)似機(jī)構(gòu)提供參考價(jià)值。4.優(yōu)化后的結(jié)果，改良了急回特性，刨刀的壽命以及工作性能。5.2展望本文的工作是優(yōu)化牛頭刨床的六桿機(jī)構(gòu)來(lái)提高加工的效率，但是沒(méi)有考慮到許多外部影響，只是單純分析目標(biāo)本身，由于自身能力以及諸多限制，還有未考慮到的地方：1.本文只是將六桿機(jī)構(gòu)當(dāng)作剛體來(lái)分析，在細(xì)致部分沒(méi)有柔性的有限元分析。2.本文選擇桿長(zhǎng)范圍的因素主要是有關(guān)刨刀的工作速度，所以分析問(wèn)題時(shí)，沒(méi)有考慮會(huì)不會(huì)對(duì)其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。在今后的學(xué)習(xí)中，會(huì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。參考文獻(xiàn)ADDINCNKISM.LBib王延龍.基于PRO/E和ADAMS的牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].延邊大學(xué),2016.馬如宇.《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方法探討[J],2013(39):98-99.孟超,王珊.基于Matlab的平面六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析[J],2012,26(3):87,92.趙玉成,頓文濤,李勉,等.基于Pro/E的牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真分析[J],2014,48(1):66-70..孔維忠,唐振興.六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真及方法比較[J],2012(5):67-69.孟兆明,常德功.按機(jī)構(gòu)壓力角大小最優(yōu)設(shè)計(jì)牛頭刨床[J],2000(1):45-46.楊樹(shù)川,楊術(shù)明.基于AMEsim的牛頭刨床刨刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析[J],2010,31(9):93-95.周毅鈞,李坤.基于ADAMS牛頭刨床機(jī)構(gòu)建模與仿真分析[J],2010,30(2):25-28.岳艷琴,舒大文,尚鵬舉.基于ADAMS的牛頭刨床優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝,2010(12):55-57.錢(qián)文婷,徐承妍,李濱城.基于MATLAB/SIMULINK的牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析[J],2011,33(3):104-107.鹿躍麗,陳江義,張明成,等.牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J],1999(3):39-41.黎新,王國(guó)彪.牛頭刨床的遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)[J],200