多股螺旋弹簧数控机床结构设计及控制系统改进VIP免费

2009年第10期·工艺与装备·文章编号：100|一2265(2009)lO一007l一04多股螺旋弹簧数控机床结构设计及控制系统改进木周杰，彭玉鑫，王时龙，程建宏，邹政(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044)摘要：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。关键词：多股螺旋弹簧；结构设计；张力控制器；人机界面中图分类号：TP659文献标识码：AStructuralDesignandControlSystemofNumberControlMachineforStrandedWiresHelicalSpringZHOUJie，PENGYu—xin，WANGShi—long，CHENGJian—hong，ZOUZheng(StateKeyLaboratoryofMechanicalTramsmissions，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Basedontheformingprincipleofstrandedwireshelicalspringandthecurrentproblemsinthemanufacturingprocess，anewdesignschemeforthenumbercontrolmachineisputforward．Throughtheoreticanalysisandexperimentalexploring,afteroptimizingtherotatingframeofthesteelwireandself-researchingofthetensioncontroller，consistenttensioncontrolaccuracyofindividualwireshasbeengreatlyimproved．ThewholesystemadoptsPC+PLCcontrolstructuretosolvethesynchronizationcontrolofthefourservomo。torsduringreeling．Theserialcommunicationbetweenhostcomputerandthetensioncontrolsystemisrealizedbytwoconductiverings，andamodular，visualandgraphicHuman·MachineInterfacewasdeveloped，whichhasenhancedthecomputersystemsafety，communicationreal-timeandoperationaleasiness．Afterthenewmachinebeingputtouseinactualproduction，itisprovedthatspringmachiningaccuracyandqualifiedratehasbeengreatlyimproved．Keywords：strandedwireshelicalspring；structuraldesign；tensioncontroller；Human·MachineInterface0引言多股螺旋弹簧(简称多股簧)是由多根钢丝绕成钢索(图1a)后卷制而成的圆柱螺旋弹簧(图1b)，与单股簧相比，这种弹簧具有较大的非线性阻尼，吸收冲击能力强，有更好的强度及独特的吸振、减振效果，强度更高、疲劳寿命更长。因而是航空发动机和大口径自动武器等产品的关键零件⋯。(a)图1多股螺旋弹簧收稿日期：2009—04—28；修回日期：2009—05—25·基金项目：国家自然科学基金(50775226)；教育部科学技术研究重点项目(109129)；重庆市科技攻关计划项目(CSTC2009AC3049)作者简介：周杰(1965一)，男。重庆人，重庆大学机械工程学院副教授，主要研究方向为制造自动化、机械设计及理论等，(E—mail)zhoujie—js@yahoo．corn．cn；王时龙(1966一)。男，湖南祁阳人，重庆大学机械工程学院教授。博士，博士生导师，院长，主要研究方向为为计算机集成制造、计算机智能协同监控、嵌入式系统等。·7l·万方数据·工艺与装备·组合机床与自动化加工技术根据多股螺旋弹簧的结构及成型特点，重庆大学机械传动国家重点实验室研发了第一代多股螺旋弹簧数控加工机床旧o，并取得以下突破：拧索与卷簧同时进行卷制，通过上位机(PC)+PLC的主从式控制结构，实现了四轴联动的无级速度匹配；采用气动式张力控制器，控制拧索过程的各股钢丝的张力平衡；使用蓝牙技术实现了PC机与整个旋转拧索过程的无线通讯。但在实际生产过程中，原机床暴露了很多不合理之处，如：整体结构较为复杂，钢丝路径不合理；气缸通过多级传动机构才将压力传到摩擦轮处，由于多级传动机构各转动副累加的摩擦力，导致张力与气缸气压之间响应关系严重滞后，很难精确的实时控制钢丝的张力，影响了机床的张力控制系统的稳定性，降低了多股簧的整体质量，甚至产...