多股簧数控机床设计及其张力控制系统的研究

分析了多股簧成型原理,并设计出新型的多股簧机床,同时,利用pro/e对其进行了仿真分析。针对钢丝张力控制系统特点,设计了一套自适应模糊控制器。通过在simulink中的仿真,证明了该系统响应迅速,控制精确的特性。运用该张力控制系统,实现了在多股螺旋弹簧加工过程中对张力的实时精确控制,达到了加工工艺要求。     

新型多股簧钢丝动态张力控制系统研究

根据多股簧加工原理,为提高加工精度和质量,必须对每股钢丝进行张力控制,多股簧加工机床中钢丝张力控制系统又须在作旋转运动的线盒架上实现,通过与张力控制中最常用的磁粉控制方法相比较,针对多股簧动态系统要求,采用摩擦轮的方法,设计了一种新型的张力执行机构和气压控制系统,系统简单可靠,解决了运动机构上大张力控制系统中体积、质量等限制等问题。从比例阀张力控制系统结构及气体动态特性方程出发,建立质量流模型和传递函数模型,推导出系统结构方框图,满足了实际控制需求。     

多股簧冲击载荷特性试验研究

以多股簧应用于复进簧时的工况为例,按照质量-弹簧-阻尼模型,建立了多股簧和各个簧圈的冲击响应动力学模型;对多股簧进行了冲击载荷试验,分析了弹簧内部运动规律,并识别出弹簧的等效刚度、等效阻尼等模态参数。试验结果表明：受冲击载荷时,多股簧的结构呈非线性特性,更能体现其减振的优势;弹簧内部运动规律也为非线性,各簧圈的运动速度沿轴向不再是线性分布。     

多股螺旋弹簧的动态设计方法

根据多股螺旋弹簧实际动态工作过程的要求，结合静态设计方法，重点考虑动态振动特性，提出了一种动态设计方法。首先确定多股螺旋弹簧的虚拟质量，建立了多股螺旋弹簧的动态模型。在此基础上，将多股螺旋弹簧作为复进簧，对其振动特性进行了分析，以塑性变形作为动态边界条件进行了动态设计约束分析，从而给出完整的多股螺旋弹簧的动态设计过程。实例计算验证了该动态设计方法的可行性和有效性。     

多股簧绕制成型过程中时变非线性张力控制建模及仿真

针对当前多股簧数控加工机床存在的钢丝张力一致性不佳、张力控制系统调试效率低的问题,研究了张力产生机理,建立了时变非线性动力学模型。以3股钢丝的多股簧为例研究了钢丝间张力互相作用机制,并基于Matlab/Simulink搭建张力控制系统仿真平台,探索了某一通道阻尼突增对所有钢丝张力一致性的影响。仿真结果表明,钢丝张力突增使得钢索成型点后移,各钢丝捻角变大,进而导致放卷速度、牵引速度及张力产生波动。通过不同预设张力值下控制系统的仿真偏差与试验偏差曲线的对比,验证了仿真模型的有效性。仿真系统具有与实际张力控制系统相匹配的响应特性,仿真结果重现了多股簧实际加工过程中存在的一些现象及问题,对实际加工过程中张力控制系统参数的调整具有指导意义。     

基于摄动法的多股簧冲击载荷改进模型

在多股簧冲击载荷原有模型的基础上引入非线性刚度,建立冲击载荷改进模型;基于强非线性振动求解原理提出一种改进多尺度法,并推导了该模型的非线性响应摄动解;结合冲击试验数据对两种模型进行比较。结果表明,改进模型体现了多股簧刚度非线性及振动频率非线性特性,提高了试验数据拟合精度,对描述多股簧动态运动规律更精确,尤其对受冲击载荷及大振幅工况下的多股簧非线性特性研究具有重要意义。该研究也为课题组正在研究的多股簧动态响应特性提供理论基础。     

多股螺旋弹簧绕制过程中的动态张力

多股螺旋弹簧(简称多股簧)是由钢索(通常由2～7股0.4～3.0 mm的碳素弹簧钢丝缠绕而成)卷制而成的圆柱螺旋弹簧,绕制过程中对钢丝张力的一致性控制是保证多股簧的质量关键.按实际成形过程推导多股螺旋弹簧各钢丝中心线的数学模型;提出多股螺旋弹簧各股钢丝在绕簧过程中的动态张力变化理论模型.研究得出多股螺旋弹簧的成形加工质量除了与钢丝本身的质量有关外,还与绕簧的速度、对钢丝产生拉力的部件的转动惯量有关.提出一种多股螺旋弹簧绕制的工艺参数确定和控制方案.结合实际案例,在绕簧过程中钢丝的张力因系统惯性可以产生约20%的控制误差,从而找到了多股螺旋弹簧产品的废品率与拧索速度之间的关系.在上述理论模型的指导下,对原设备只需进行较小的改动,即限制设备主轴的最高转速,产品合格率随即得到较大幅度的提高,这是因为钢丝的张力因系统惯性最大只能产生小于0.6%的控制误差.     

数控机床动态特性测试与分析研究

应用试验模态分析方法对某型号数控机床进行了模态试验,得到其固有频率、阻尼比、模态振型、动刚度等参数。测试结果表明,主要薄弱环节集中在滑枕、滑板、立柱处。将现代测试手段和模态分析技术相结合,在综合分析实验结果的基础上,提出在滑枕处增加镶条来提高机床动刚度的方法,并用实验验证了改进措施的有效性。     

涡旋压缩机舌簧阀动态工作特性研究

为了研究涡旋压缩机舌簧阀排气阀片的工作运动特性,以带有升程限位器的涡旋压缩机舌簧阀为研究对象,基于弹性薄板横向振动理论建立舌簧阀的数学模型,在MATLAB环境下,采用四阶龙格-库塔法编写计算程序对模型进行求解。求解结果表明工程计算中振型函数取一阶主振型即可保证计算精度。利用该模型分析了阀片的升程、阀孔直径对涡旋压缩机舌簧阀动态工作特性的影响。该研究结果有利于提升压缩机工作性能和效率,为涡旋压缩机舌簧阀的优化设计和实验提供理论基础。     

数控机床误差补偿研究新方向——几何误差动态特性

明确了制约数控机床误差补偿难以取得理想效果的原因,指出应当进一步加大对机床动态特性的研究。在回顾对机床几何误差研究的基础上,分析了近年来研究趋势和发展方向,指出数控机床三个平行轴的几何误差动态特性是重要研究方向,这一研究的深入将为数控机床的动态误差补偿奠定基础,具有重要的理论和实践意义。     

卷簧机数控系统的开发

针对国产卷簧机技术现状，设计了一种基于PMAC卡的卷簧机数控系统。给出了数控系统整体结构，详细介绍了其硬件、软件的构成与功能，简述了软件的编程思路，分析了PID参数的调整过程。实践表明：该系统能满足卷簧机的高定位精度和快速响应的要求。     

四轴联动卷簧机数控系统开发

为了加工具有复杂结构的弹簧零件,设计了一种具有开放式体系结构的多轴联动自动卷簧机数控系统。为了提高系统的运行速度、稳定性和实时性,采用了前后台的软件结构分别完成实时性和非实时性任务。为了实现上位机和运动控制器的成功通信,提出了在LabVIEW中利用ActiveX自动化技术的方法,确定了系统由前台实时控制程序、后台管理程序、通信驱动程序和PLC程序等部分组成。开发出了自动卷簧机四轴联动数控系统,并通过该系统进行了单头尖弹簧的加工实验。实验结果表明:该系统稳定可靠,具有一定的开放性,人机界面友好,能够满足自动卷簧机系统的控制要求。     

在弹簧拉压试验机上测试圆柱螺旋扭转弹簧

我单位现有一台弹簧拉压试验机（如图1所示）,但无法测试圆柱螺旋扭转弹簧（以下简称“扭簧”）,为此,笔者设计了一个装置,解决了这一问题。     

数控弹簧端面磨床送料盘的设计

在弹簧制造行业中,数控弹簧端面磨床的应用提高了产品质量和生产效率,改善了工作环境。本文对数控弹簧端面磨床的工作方式、送料盘结构进行了论述,从磨削效率和砂轮的损耗方面对磨削区域进行了分析。用磨削区域的概念来设计送料盘上的弹簧导套孔,提出用送料盘上已有的导套孔进行弹簧导套设计的方法,提高送料盘的利用率,降低了成本。对送料盘、导套的设计方法及技术要求等方面进行了分析和讨论。     

开放式控制器对数控机床低成本改造的策略

本文以开放式控制器 PMAC对机床的数控改造为实例 ,阐述了利用开放式数控系统可为用户高效地构筑定制的数控系统的特点 ,解决我国数控改造的低成本需求。提供给用户在对数控机床进行改造时 ,达到低成本、高性能目标的决策方案     

数控铣床主变速箱传动系统耦合动态响应分析

综合考虑传动齿轮副的横向振动、纵向振动和系统扭转振动的耦合作用,利用集中参数法,建立某数控镗铣床主变速箱传动系统的弯-扭-轴-摆耦合动力学分析模型。应用MATLAB软件,计算了在考虑时变啮合刚度激励和误差激励下,数控铣床主变速箱传动系统的动态响应。     

PLC在数控机床开发中的应用

针对工业生产的特定需求,采用可编程控制器和多轴运动控制器作为主要控制元件,建立非标数控系统,把它应用于机床的数控系统中。与传统的数控机床相比,非标数控机床不但简化了机床结构和控制系统,还使用户的编程变得更加简单。介绍了PLC在数控系统应用中的原理及其控制中的硬件功能,阐述了系统启动和各轴使能准备等控制部分,设计了相应的PLC控制梯形图。     

数控机床位置控制中非线性PID控制器的设计

位置控制算法对数控机床的快速性、准确性和稳定性起着重要作用。传统PID控制器在数控机床位置控制中应用广泛,但存在诸多问题。在分析传统PID控制器原理及其缺陷的基础上,设计了一种非线性PID位置控制器,以位置偏差e为变参数,通过分析PID各环节的变化趋势特点设计各环节的非线性函数,从而建立一个非线性PID控制器模块。针对典型二阶、三阶数控进给系统的控制仿真表明:该非线性PID控制器在数控机床位置控制中比传统PID控制器有更好的动静态控制性能。     

CNC机床结构动态设计方法研究

提出机床结构动态设计基本原则。以某数控弧齿铣齿机为研究对象,应用相关的动态设计原则,通过变量化设计与有限元分析,对该机床进行结构动态设计。结果表明,应用该方法设计的机床结构具有良好的动静态特性。