数控布带缠绕机工艺参数控制方法研究

摘要

数控布带缠绕机是用碳/酚醛、高硅氧/酚醛预浸胶带缠绕固体火箭发动机喷管，耐烧蚀、防热材料零部件、导弹鼻锥、发射筒以及宇航飞行器防热零部件的专用设备。对于布带缠绕机，西方先进工业国家对我国实行严格封锁、禁售政策。该类设备对于我国航天工业型号研制和生产是急需的配套工艺装备。因此，研究新型的、多轴、多功能、多物理参数控制的不规则零件缠绕设备和控制软件以及工艺参数匹配已是当务之急。本课题研究的目的就是打破国际禁运和技术封锁，自主研发拥有独立知识产权的高档多功能数控布带缠绕机。 多功能数控布带缠绕机是集机械、电子、气动、控制、软件和数控等技术一体化的多学科交叉综合应用的复杂设备，它的研制是一个复杂庞大的系统工程，本文从参数控制角度出发，在认真研究复合材料成型工艺要求的基础上，对影响缠绕制品性能的张力、温度和压力等工艺参数进行研究，提出了切实可行的闭环控制方案，并增加自动尺寸测量功能，旨在提高数控布带缠绕机的性能和可靠性，完善其功能。使数控布带缠绕机的自动化程度更高，功能更全面，使用更方便。 随着控制技术和硬件电路技术的发展，不断有各种成熟的专用控制器问世，其控制精度、可靠性等技术性能指标已经过实践的检验，完全可以用于多功能数控布带缠绕机的参数控制。所以，本文对数控布带缠绕机的研究也与时俱进，尽可能利用现有的技术成熟的控制器和控制算法。 文中提出了新型张力装置，提高了张力测量的精度，为精确控制提供了条件。为了提高工艺参数控制软件的实时性，论文中采用硬件控制器完成张力和温度的闭环控制，工控机只负责参数的监视和显示。压力系统采用气动回路，气缸作为执行元件，比例阀为控制元件，使用动态积分分离算法闭环控制。成功研制出基于SIEMENS数控系统的尺寸测量功能。 本文的研究设计成果已成功应用到为某研究所研制的多功能数控布带缠绕机上，经过验收，缠绕出了完全符合要求的产品，用户对此十分满意。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1复合材料的特点及其成型工艺概述

1.1.1复合材料的特点

1.1.2复合材料成型工艺

1.2布带缠绕机的发展状况

1.2.1缠绕机的发展史

1.2.2缠绕机的发展现状

1.2.3缠绕机的发展趋势

1.3缠绕机的分类

1.3.1按芯模和小车的运动形式和结构特点分类

1.3.2按缠绕运动控制的不同方法分类

1.3.3按可缠绕制品类型的通用性分类

1.4本文研究意义

第二章布带缠绕成型工艺研究

2.1布带缠绕成型工艺的分类

2.1.1平行缠绕

2.1.2平叠缠绕

2.1.3斜叠缠绕

2.2平叠缠绕制品参数分析

2.3在定张力情况下预浸胶带的应力计算

2.4多功能数控布带缠绕机技术性能指标

2.5数控布带缠绕机系统组成

第三章张力控制系统研究与设计

3.1张力对产品性能的影响及要求

3.1.1张力对产品性能的影响

3.1.2缠绕成型工艺对张力控制的要求

3.2张力控制系统的组成

3.2.1张力传感器

3.2.2张力控制器

3.2.3工业控制计算机

3.3张力执行元件的选择

3.3.1直流力矩电机

3.3.2电流变流体阻尼器

3.3.3磁粉离合器

3.4机械装置方案设计

3.4.1方案一

3.4.2方案二

3.4.3方案三

3.5控制方案设计

3.6小结

第四章温度控制系统研究与设计

4.1温度的作用及其对缠绕制品性能的影响

4.2温度控制的要求

4.3温度传感器的选择

4.4温度控制仪

4.4.1 SR93 PID调节器的主要功能

4.4.2采用集成式智能仪表的优点

4.5温度控制研究

4.5.1技术难点和解决方案

4.5.2控制方案

4.6小结

第五章压力系统的PID控制研究

5.1压力的作用及其对缠绕制品性能的影响

5.2压力控制的要求

5.3缠绕压力实施方案

5.4压力控制回路的元件选择

5.4.1气缸

5.4.2电磁换向阀

5.4.3比例压力阀

5.4.4单向节流阀

5.4.5压力传感器

5.5压力PID闭环控制方法

5.6小结

第六章自动尺寸检测功能研究

6.1引言

6.2工作原理

6.2.1西门子数控系统简介

6.2.2测量方案的技术难点与解决方案

6.2.3测量方案设计

结 论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢