多股螺旋弹簧数控机床结构设计及控制系统改进

针对多股螺旋弹簧成型原理,及成型过程中存在的问题,提出多股簧数控机床新型的设计方案.通过对钢丝旋转架的优化和张力控制系统的自主研制,大大提高了各股钢丝张力的一致性控制精度.整个系统采用了PC+PLC主从式控制结构,实现了拧索和绕簧运动过程中四个伺服电机的同步控制.通过导电滑环实现钢丝张力控制系统与上位机的通讯,同时开发出了模块化、图形化人机界面,提高了系统的安全可靠性、通讯实时性和易用性.新机床的开发和投入使用,大幅度提高了多股簧的加工精度和产品合格率.     

基于多股簧数控加工机床的多通道张力动态监控系统的研发

针对过去多股簧绕制过程中各股钢丝受力不均等问题[1-2],提出了一套新的张力监控方案.文章以在多股簧加工过程中,实现对多股钢丝张力的实时监控为研究目的.采用研华5510系列、磁粉制动器、张力传感器等硬件设备并结合数字PID算法,研发了一套基于张力控制的闭环控制与检测系统,及多通道张力动态监控系统.在实际生产中,该系统使多股簧数控加工机床的张力控制水平有了显著的提高[3],从而大大提升了多股螺旋弹簧的产品合格率.     

高精度多股螺旋弹簧数控加工机床设计

提出了高精度多股螺旋弹簧数控加工机床的新型设计方案,它包括机床的机构设计,采用PC的开放式数控系统,以及钢丝张力在线检测与控制和钢丝张力配置与弹簧内外层绕制机构的研制等方面。该机床能够加工出高精度、高质量的有芯或无芯的多股螺旋弹簧,满足了企业的需求。     

基于UMAC的高精密机床开放式数控系统的开发

针对自主研发的高精密五轴机床,开发了一套开放式数控系统。阐述了精密五轴机床的机械结构,搭建了基于工控PC和UMAC的开放式数控系统硬件平台。采用模块化设计方法,基于QT软件开发了数控系统的软件,实现了数控程序编辑、轴运动控制、工艺参数设置、人机交互等功能,并详细说明了数控操作面板与手轮功能的实现过程。最后,通过菲涅尔透镜加工实验,验证了开发的数控系统能满足高精密五轴机床的加工要求。     

梯形加减速在五轴联动开放式数控系统中的简化实现

加减速控制是数控系统插补器的重要组成部分,是数控系统开发的关键技术之一,在多坐标曲面加工过程中,需要对机床的进给速度进行加减速控制。针对传统梯形加减速控制策略不能直接应用于数控插补的问题,对该加减速控制策略进行了改进,并简化了其实现过程。结合五轴线性插补加工方式,详细介绍了该加减速控制方法在开发的开放式五坐标数控系统中的实现过程。铣削实验表明,该方法能使机床的加工速度变化平稳,加工效率和加工质量得到了明显的改善。     

多轴精密数控电火花成形机的研制

从机床结构、脉冲电源系统、数控系统、精密分度轴等几方面介绍了采用引进消化吸收、再创新后的研究成果--多轴精密数控电火花成形机,并用典型的加工实验验证了该机床达到的技术水平和丰富的功能,为精密复杂模具和零件的电火花加工提供了良好的制作母机.     

多股簧数控机床钢丝张力配置机构的研究

在介绍高精度多股螺旋弹簧数控加工机床新型结构的基础上,研究钢丝张力在线检测与控制原理,给出钢丝张力配置机构的方案,为加工出高精度高质量的有芯或无芯的多股螺旋弹簧提供了保证.     

基于PMAC的大型超精密车铣机床数控系统开发

以自行研制的基于工业PC机和PMAC卡的大型超精密车铣机床的开放式数控系统为对象,详细介绍了其硬件构成及控制、通讯原理,以及软件的结构和功能,简述了系统软件的编程。并分析了系统超精密定位和反馈检测性能,其能很好满足所装备的大型车铣机床的超精密定位和位置跟踪要求,实现机床的超精密、大行程的车铣加工。     

基于PMAC的商用五轴联动电火花加工数控系统

研制了一种基于可编程运动控制器PMAC的五轴联动电火花加工数控系统。其采用全闭环速度模式的控制体系,具备实现电火花成形加工控制中包括间隙电压检测、伺服进给回退运动、多轴联动、主轴高速抬刀运动及各类摇动等的多项关键技术。该数控系统已应用于商用五轴联动电火花成形加工机床,通过大量的样件加工实验,验证了其良好的控制与加工性能。同时按商业化标准完善了数控系统,推动了其产业化进程。     

精密辊筒机数控系统开发

针对自主研发的精密辊筒机床,开发一套基于IPC和UMAC的开放式数控系统。依据精密辊筒数控机床的功能需求和结构特点,设计数控系统的硬件平台,搭建数控软件的总体框架,并采用模块化编程技术,基于Qt Creator编程环境开发数控系统软件,实现了轴信息显示、运动控制、自动编程和程序编辑等功能。进行微V形槽阵列加工实验,结果表明:该数控系统功能丰富,运行稳定,可以满足精密辊筒机床的数控加工要求。     

电火花线切割机恒张力控制系统的研究

为了提高电火花线切割机电极丝运动的平稳性,通常需要对其施加张紧力.张紧力的大小和张紧方式对加工质量、效率和断丝有重要影响.提出了一种新型的双贮丝筒走丝恒张力控制系统,该系统采用磁粉制动器作为张力执行元件,通过张力传感器检测张力,实现张力闭环控制.实验表明该张力控制系统对提高加工质量、减少断丝发生具有明显效果.     

基于DSP的恒张力走丝系统设计

低速走丝电火花线切割机走丝系统是否能稳定运行,直接影响着加工精度和加工表面质量。为了提高走丝系统的性能,设计了一种新型的恒张力走丝系统。设计方案采用DSP TMS320LF2407A作为整个走丝系统的控制器,用直流伺服电机控制电极丝的张力,用角度传感器测量电极丝张力的变化。实验结果表明,新型走丝系统实现了电极丝的恒张力控制。在电极丝的张力约为68g时,该系统的稳态误差不超过4％。     

Thermo-mechanical analysis and optimal tension control of micro wire electrode

The tension control of the micro wire electrode is a key technology for the micro wire electro-discharge machining (WEDM). Based on the coupled thermo-mechanical analysis, both the three-dimensional temperature and the stress distribution in the micro wire are determined. As a result, the tension of the micro wire electrode during the WEDM process can be optimized in accordance with the discharge energy, which is sampled and fed back to the tension control system in real time. Then the development of an optimal tension control system characterized by the form of master–slaver structure makes it possible to keep the wire tension optimal in the process of WEDM. The results of the machining experiments show that the optimal wire tension control is effective on the improvement of the machining accuracy with the prevention of wire breakage for the micro WEDM.     

基于智能PID算法的WEDM电极丝恒张力控制

目前市场上慢走丝电火花线切割(WEDM)的电极丝运行机构基本为单向走丝系统,存在张力波动较大且难以被精确控制从而导致机床加工性能降低的问题。针对上述问题,分析电火花线切割加工过程中电极丝张力变化的主要因素;基于模拟退火与PID控制混合算法设计智能PID控制器;基于智能PID控制,采用压力式传感器测量电极丝张力为反馈信号,分别建立磁粉制动器和双电机转速差为执行元件控制电极丝的张力控制系统;并采用示波器采集压力式传感器的信号,比较两个不同控制系统的控制效果。结果表明:两个电极丝张力控制系统能够将电极丝的波动控制住1 N以内,双电机转速差控制系统各项指标略优于磁粉制动器控制系统。     

往复快走丝线切割机床电极丝张力控制系统设计

详细论述往复快走丝线切割机床电极丝张力恒定的重要性和影响电极丝张力变化的因素。介绍目前在用的手动紧丝、重锤和弹簧加载张力的方式,并分析这些方式的优缺点。阐述线切割电极丝张力控制系统的设计要求,系统需要能即时自适应电极丝张力变化,为此提出电机伺服驱动和电液伺服驱动的技术方案,并分析这两种方案的实现方式和急需解决的张力信号选取和系统抗干扰的技术问题。     

Effects of electric discharge dressing parameters on polycrystalline diamond micro-tool surface topography and their micro-grinding performances

Polycrystalline diamond (PCD) micro-grinding tools are shaped by using different electro-discharge machining processes, among which wire electro-discharge grinding (WEDG) process is widely accepted due to its capability of producing highly precise, ultra-thin and dimensionally accurate tools. Observing the effects of different WEDG conditions on the tool surface and analyzing the tool's topographic features relevant to micro-grinding are of utmost importance. Current study deals with dressing of polycrystalline diamond tool blanks at different combinations of wire tension and discharge energy to observe the effects of dressing parameters on the tool surface morphology and statistics. Surface roughness, ridge type surface defects and diametrical error in the fabricated tool are analyzed with respect to discharge energy and wire tension. High wire tension produces tools with consistence surfaces and desired diameter. Binder material cobalt is efficiently melted and flushed out from the tool surface at high wire tension, which leads to proper segregation and protrusion of diamond abrasives from the surface. Static abrasive grit density measured by processing the 3D surface data of the tool is found to be ≈165–170 per mm, as compared to theoretically determined value of ≈200 per mm. Micro-slot grinding experiments are carried out on BK7 glass, to quantify the effects of the dressing parameters on the micro-grinding performances of the PCD micro-tools. Cutting forces for all the tools are found to be within 1 N whereas normal force exceeds beyond 1 N. Cutting forces are found to be higher for the tools dressed at high wire tension due to large diameter of the tool as compared to that of undersized tool obtained at low wire tension. Cutting nature is found to be mix of ductile-brittle for the machining conditions adopted in this paper.     

Accuracy improvement of wire-EDM by real-time wire tension control

In this paper, a closed-loop wire tension control system for a wire-EDM machine is presented to improve the machining accuracy. Dynamic models of the wire feed control apparatus and wire tension control apparatus are derived to analyze and design the control system. PI controller and one-step-ahead adaptive controller are employed to investigate the dynamic performance of the closed-loop wire tension control system. In order to reduce the vibration of wire tension during wire feeding, dynamic absorbers are added to the idle rollers of wire transportation mechanism. Experimental results not only demonstrate that the developed control system with dynamic absorbers can obtain fast transient response and small steady-state error than an open-loop control system, they also indicate that the geometrical contour error of corner cutting is reduced with approximately 50% and the vertical straightness of a workpiece can be improved significantly.     

微细电极丝的最优张力控制

针对微细电极丝强度低、易断丝的特点,研制了采用主从结构的微细电极丝最优张力控制系统.在线切割加工过程中,上位机根据监测到的放电能量实时对电极丝张力进行优化,下位机则以优化后的张力为目标值对微细电极丝的张力进行跟踪控制.应用该系统进行了实验加工,在确保不断丝的前提下实现了高精度加工.     

桌面式水平走丝微细电火花线切割机床的研制

利用直径小于80μm电极丝的微细电火花线切割加工技术,可加工出表面粗糙度好、尺寸精度高的微小复杂零件。以加工带有螺旋结构的微小复杂零件为目标,设计了一套桌面式水平走丝微细电火花线切割加工装置,主要包括具有人机界面、任务规划和运动控制的开放式数控系统,走丝平稳、张力可控的分体式水平走丝机构,以及精确可控微小放电能量的纳秒级脉冲电源。     

倾斜式可调电极丝恒张力机构的研究

分析了高速走丝线切割机加工过程中电极丝张力对加工精度的影响，在此基础上开发了一种倾斜式可调恒张力机构，可直接恒定加工时的电极丝张力，减少电极丝的振动，提高加工质量，为实现多次切割创造了条件。