基于过窗裁剪的数控裁床工作台进给系统的设计与研究

摘要

激烈的市场竞争环境与越来越个性化的客户需求对服装和制鞋等企业在技术方面提出了更高的要求。高层数控裁剪设备作为其中重要的纺织类裁剪设备，其性能的好坏直接决定了企业的生产成本和产品质量。由于目前国内中小型企业主要还处于手动裁剪和机械冲裁的阶段，严重地阻碍了企业的发展，因此研制高性能的数控裁床对于提高企业的生产能力具有重要的实际意义。数控裁床采用“过窗裁剪”的裁剪方式可有效提高裁剪效率。本文针对在“过窗裁剪”工况下裁剪工作台传动链条所受牵引力过大及对裁剪工作台进给运动控制问题，运用计算机辅助过程（CAE）技术及模糊PID控制理论对裁剪工作台传动机构进行了相关的静动态仿真分析及运动控制分析。
　　本研究主要内容包括：⑴完成了裁剪工作台动态载荷特性分析。裁剪工作台在受到了复杂动载荷的情况下其振动特性及强度问题不容忽略，首先搭建了裁剪工作台的机械结构，并在动态载荷理论分析的基础上通过应用有限元软件对裁剪工作台的模态特性及在工作时裁剪工作台的应力与弹性形变做了仿真分析，保证了工作台在正常工况下稳定可靠。⑵进行了链轮链条传动组件的有限元分析。针对传动滚子链存在的强度及弹性形变问题，本文在滚子链及链轮的受力的理论分析基础上结合裁剪工作台在“过窗裁剪”工况下滚子链具体的受力情况，通过应用有限元软件ANSYS Workbench对链轮链条传动组件进行了仿真分析，仿真实验结果验证了链轮链条传动组件的强度及稳定性⑼⑶进行了裁剪工作台运动控制研究。对于非线性系统，PID控制效果并不理想。本文根据裁剪工作台进给运动的实际情况完成了模糊PID控制器的设计。并针对开环控制、PID控制、模糊PID控制进行了对比实验，实验结果表明了模糊PID控制具有更优异的控制效果。样机的实验研究，与某企业合作在现有非过窗裁剪机型的基础上，研究增加过窗运动的可行性，并开展样机的实验研究工作，以期验证本文设计工作的可行性与有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文研究的内容

1.4 本章小结

第2章 裁剪工作台整体方案构建

2.1 数控裁床的组成及裁剪工艺介绍

2.2 裁剪工作台进给运动机构组成与运动分析

2.3 工作台进给运动机构的控制系统搭建

2.4 本章小结

第3章 裁剪工作台动态载荷特性分析

3.1 载荷分类与计算

3.2 裁剪工作台模态特性分析

3.3 裁剪工作台支撑组件的静力学分析

3.4 本章小结

第4章 过窗运动(Y')方向传动组件的有限元分析

4.1 滚子链传动啮合机理分析

4.2 滚子链的有限元分析

4.3 链轮的啮合过程的有限元分析

4.4 本章小结

第5章 裁剪工作台进给运动的控制策略研究

5.1 控制算法的理论研究

5.2 模糊PID控制器的设计

5.3 基于simulink的仿真及分析

5.4 本章小结

第6章 数控裁床工作台样机实验研究

6.1 实验目的

6.2 实验性能分析

6.3 实验样机搭建

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果