铸造型筒喷枪的轨迹优化及仿真研究

摘要

本文首先介绍了离心铸造机型筒内壁喷涂工艺对铸造管件质量的影响，分析了长铸造管件断裂破坏的原因，并以此为背景，提出了针对工件表面涂敷质量和工艺的喷枪最优运动规划轨迹问题。 在自动喷涂操作中，喷枪在待涂工件表面来回移动，假定这样的控制系统具有高度的可重复性，随着其性能的提高，适当的路径和其它过程参数的选择都能够引起花费代价的巨大节省。在现有喷涂理论的基础上，本文重点介绍了喷枪优化运动轨迹的建立和求解。论文第一部分根据已有的实验数据，通过理论分析建立了漆膜生长速率修正模型，对其进行了曲线仿真拟合；在保证涂层达到期望厚度、减少涂料浪费的前提下，提出了轨迹间距优化理论，从理论上加以分析推导：在喷涂理论当中，以工作面上任意一点涂层厚度和工作面涂层平均厚度的方差最小作为衡量涂层均匀性的标准，根据工业产品的实际需要，论述了涂层表面波峰波谷波动周期与期望值的关系，补充了衡量涂层均匀性标准。据此建立了喷枪优化运动轨迹。 第二部分给出了喷枪运动轨迹的优化原理和算法，其中包括Simplex最优化算法和乘子法的介绍，以及程序流程图的编写；此外还详细介绍了喷枪运动轨迹的求解方法，即运动轨迹的离散化。 第三部分在上述已有的理论基础上，通过对正方形薄板和铸造型筒内壁的喷涂仿真实验，进一步说明喷涂工艺参数的选择及其喷枪运动轨迹的设计、求解。在给定空间路径及实验参数的前提下，在Windows平台上，用vlisual C++和OpenGL语言编程求解喷枪运动轨迹，求得涂层厚度方差，并加以分析和比较。据此论证喷涂理论的可行性。并在MFC中使用OpenGL对喷枪运动轨迹和参数设置对话框进行了设计、编程和调试。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2本文的研究对象及主要工作

1.3本章小结

第2章喷枪运动轨迹的优化原理与算法

2.1概述

2.2Simplex最优化求解法

2.3约束化问题中的罚函数法和乘子法

2.3.1罚函数法

2.3.2乘子法

2.4本章小结

第3章喷枪优化运动轨迹的设计

3.1概述

3.2数学模型与若干假设和定义

3.2.1工作型面和喷枪运动轨迹的数学模型

3.2.2射流连续性假设

3.2.3涂层生长速率模型

3.2.4涂层生长速率模型的修正

3.2.5基于Matlab的涂层生长速率模型仿真

3.3喷枪优化运动轨迹设计问题

3.3.1优化轨迹问题的目标

3.3.2优化轨迹问题的约束条件

3.3.3喷枪运动轨迹间距的优化

3.3.4型面上涂层均匀性的衡量标准

3.4沿指定空间路径的轨迹求解技术

3.4.1直线轨迹插补算法

3.4.2圆弧轨迹插补算法

3.5本章小结

第4章喷枪优化运动轨迹的求解技术

4.1概述

4.2求解技术的假设和定义

4.3涂层厚度函数的近似表达式

4.3.1常规离散化方法

4.3.2替换离散化方法

4.4优化涂层厚度变化方差问题

4.5本章小结

第5章喷枪优化运动轨迹的分析与仿真

5.1概述

5.2OPENGL简介

5.3正方形型面优化轨迹仿真的实现

5.3.1正方形型面的数学模型

5.3.2沿指定空间路径的匀速喷涂仿真

5.3.3沿指定空间路径的优化轨迹的设计与仿真

5.4铸造型筒内壁喷涂的优化轨迹仿真

5.4.1问题的提出

5.4.2沿指定空间路径的优化轨迹的设计与仿真

5.5人机交互的实现

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢

附录