基于公理化设计的氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备研发

摘要

氧化铝陶瓷素坯管的磨切加工是透明氧化铝陶瓷灯管制备过程中的关键环节，其加工质量直接影响氧化铝陶瓷灯管的成品质量。目前，国内氧化铝陶瓷素坯管的加工企业普遍存在着设备简陋，严重依赖人工作业的特点，生产效率低、成本高、质量不稳定。而且，加工过程中粉尘较大，对工人的健康极为不利。针对以上问题，本文提出了基于公理化设计的氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备的研发。具体的内容有:
　　(1)介绍了本设备的研究背景及研发意义，阐述了脆性材料磨削、切割技术的发展，概述了公理化设计的主要内容及其研究现状;针对实际需求，以公理化设计理论为基础，结合设计方法学设计步骤，研究了基于公理化设计的氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备的研发流程。
　　(2)借助质量功能配置的质量屋，弥补了公理化设计理论各域中元素主次不明、相关关系不清的不足，构建了基于公理化设计的简化质量屋模型，在此基础上，开展了客户需求分析，完成了客户域到功能域的映射，并进一步采用AHP法配置了用户需求权重，根据用户需求与功能特性的相关矩阵，确定了功能特性的权重，同时，分析了各功能的功能时序关系，确定了功能特性之间的相关关系，构建了需求质量屋。
　　(3)对权重较大的功能特性:传送、切割、磨削进行了方案设计阶段的研究，以需求质量屋中的相关关系为约束，遵循独立公理的原则，开展了传送、切割、磨削等功能的功能分解和功构映射，但由此获得的结构方案较为单一，且该方案并非最优，针对该问题，对功能分解后的功能元进行解的综合，采用形态学矩阵的形式进行表达，以信息公理为评价决策依据，对传送、磨削、切割的重要子功能:支撑功能、产生径向空间功能、磨削轴向进给功能等进行了结构方案优选。
　　(4)对关键零部件进行了参数设计，从关键零部件配置矩阵中选取了重要的结构:双动力传动辊为参数设计对象，改进该配置矩阵为质量屋，以质量屋中的相关关系作为约束、结合自然科学定律，确定了传动辊的直径12mm、包胶层厚度4mm、中心距23mm、平行度误差0.15mm等参数，并对影响系统可靠性、稳定性的关键执行部件进行了参数设计，对设备的控制系统进行了控制流程分析，选用了合适的控制器。
　　(5)在以上研究内容的基础上，介绍了样机制成，围绕着试验论证和工艺参数优选这一目的，采用正交试验设计方法，分别进行了砂带转速、工件转速、砂带粒度在不同水平组合下对工件表面粗糙度影响的试验，以及刀片转速、工件转速、工件进给速度在不同水平组合下对切割长度、切口质量影响的试验，利用直观分析法和方差分析法分析试验结果，确定了砂带转速3000r/min，工件转速150r/min，砂带粒度400目为粗磨的最优参数组合，刀片转速6000r/min，工件进给速度50mm/s，工件转速30r/min为切割的最优参数组合，并进一步对样机存在的不足提出了改进措施。

目录

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致谢

摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 脆性材料磨切加工技术概述

1．2．1 脆性材料磨削技术

1．2．2 脆性材料切割技术

1．3 公理化设计简介

1．3．1 公理化设计概述

1．3．2 公理化设计的研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 基于公理化设计的研发流程及需求分析

2．1 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备的研发步骤

2．2 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备需求分析理论

2．2．1 公理化设计理论特点

2．2．2 质量功能配置(QFD)的概述

2．2．3 AD与QFD的互补与集成

2．3 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备需求质量屋的建立

2．3．1 客户需求的提取

2．3．2 功能特性的转换

2．3．3 用户需求与功能特性的相关矩阵

2．3．4 功能特性的自相关矩阵

2．3．5 产品规划基于公理化设计的质量屋的绘制

2．4 本章小结

3 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备的方案设计

3．1 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备的功能分解分析

3．2 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备的功能—结构求解

3．2．2 功能—结构映射求解

3．3 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备方案的综合与优选

3．3．1 方案综合

3．3．2 方案评价与优选

3．4 设备零件配置矩阵

3．5 本章小结

4 氧化铝陶瓷素坯管自动磨切加工设备的参数设计

4．1 关键零部件的参数设计

4．1．1 零件配置矩阵的改进

4．1．2 关键零部件的参数分析及求解

4．2 关键执行元件的参数设计

4．3 控制系统的设计

4．3．1 控制过程的概述

4．3．2 控制流程的设计

4．3．3 PLC选型

4．3．4 输出输入点的分布

4．4 关键零部件的工艺规划

4．5 本章小结

5 样机制成及试验分析

5．1 样机的试制

5．1．1 装配与安装顺序

5．1．2 装配与安装检验

5．2 磨切工艺参数的优化试验及分析

5．2．1 正交试验设计

5．2．2 试验结果及分析

5．3 样机不足及改进措施

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献