淺談纖維纏繞張力控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計論文
1 引言
纖維纏繞是玻璃鋼生產(chǎn)中的重要成型工藝之一，纖維纏繞工藝是纖維在一定的預(yù)張力作用下，浸漬樹脂粘結(jié)劑后，按照一定的線型有規(guī)律地排布在芯模上，在纏繞過程中，提高密實程度，進(jìn)而提高制品的強(qiáng)度。在復(fù)合材料制品纏繞成型過程中，對纖維材料施加張力并對張力進(jìn)行精密控制是十分重要的，施加張力可以使纖維拉直、驅(qū)除氣泡、滲透樹脂，使纏繞出的制品更加緊密，同時為了避免因張力過大造成纖維斷裂而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。這又對纏繞張力參數(shù)的控制提出了更高的要求。
2 設(shè)備機(jī)構(gòu)設(shè)計
計算機(jī)控制纏繞是用纖維預(yù)浸樹脂通過特定的機(jī)械和控制，將已浸過樹脂的纖維，按所要求的線型規(guī)律纏繞至芯模表面上，其性能水平對纏繞制品的質(zhì)量和工作性能起著決定作用。
2. 1 纏繞工藝
玻璃纖維從帶有張力控制的紗架引出，經(jīng)過樹脂浸透，進(jìn)入安裝在行走軌道的纏繞小車上的繞絲嘴，并按一定規(guī)律均勻纏繞在旋轉(zhuǎn)的模具上。纏繞小車延軌道做縱向直線來回運動，繞絲嘴垂直軌道做徑向進(jìn)退運動。
主軸模具1 由伺服電機(jī)根據(jù)要求通過減速機(jī)減速做均勻旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度由編碼器輸出反饋; 纏繞小車3 由伺服電機(jī)根據(jù)所需的要求通過減速機(jī)減速延軌道4 做縱向均速來回運動，其行走速度由編碼器輸出反饋; 繞絲嘴2 由伺服電機(jī)根據(jù)要求通過減速機(jī)減速做徑向進(jìn)退運動，其運動速度由編碼器輸出反饋。玻璃纖維5 從帶有張力測量反饋裝置7 的纖維安裝控制8 引出，經(jīng)過膠槽6 浸透樹脂后，進(jìn)入安裝在纏繞小車3 上的繞絲嘴2; 主軸的旋轉(zhuǎn)、小車的縱向運動和繞絲嘴的徑向運動組成纏繞機(jī)的主運動，由計算機(jī)控制。由于纖維纏繞于模具上的張力直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，所以纖維的張力控制是非常重要的。
2. 2 纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)
由于計算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)是將纖維按照一定的規(guī)律均勻的纏繞在芯模上而成型的專用設(shè)備，組成主體的各部件可實現(xiàn)計算機(jī)控制三坐標(biāo)。在滿足工藝要求的前提下，又考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，為此總體布局將主軸箱、尾座、軌道小車、繞絲嘴設(shè)計在一個主體框架上，并根據(jù)制品的大小設(shè)計成兩工位纏繞，如圖2。主軸、纏繞小車、繞絲嘴的運動均有數(shù)據(jù)反饋于計算機(jī)，輸入所需的要求完成產(chǎn)品纏繞。伺服電機(jī)1 驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸端部安裝有三爪卡盤2，三爪卡盤2 可裝夾不同規(guī)格模具3，尾部用氣缸9 推動頂針7 快速將模具3 對中夾緊，尾架8可根據(jù)模具長度調(diào)整位置后固定在主框架10 上; 繞絲嘴6 安裝在纏繞小車4 上，纏繞小車4 由伺服電機(jī)控制延軌道5 縱向往復(fù)運動。
2. 3 纖維張力控制機(jī)構(gòu)
由于纖維的張力對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響，纖維的張力控制顯得尤為重要，為了保證纖維控制的精度，設(shè)計了單根纖維計算機(jī)控制。圖3 是纖維控制機(jī)構(gòu)，已繞成線團(tuán)狀的纖維，放在有獨立支撐的安裝架上，每根纖維由獨立的伺服電機(jī)控制，可以保證每根纖維在纏繞的過程中張力相同。
纖維紗團(tuán)2 安裝在由伺服電機(jī)5 控制的輸出軸上，用帶錐度的`漲塞1 將纖維紗團(tuán)2 固定夾緊，可保證纖維在纏繞過程中無打滑，為使纖維平穩(wěn)進(jìn)入測量裝置，結(jié)構(gòu)上設(shè)計了一個長度超過紗團(tuán)高的過渡輥3，纖維1 從過渡輥3 上方繞過進(jìn)入測力裝置。纖維經(jīng)過進(jìn)出導(dǎo)向輥進(jìn)入測力輥輪組，由測力傳感器反饋單根纖維的張力。
纖維1 從成井狀的進(jìn)導(dǎo)向輥6 進(jìn)入測力反饋裝置，再從成井狀的出導(dǎo)向輥2 出測力反饋裝置，纖維1 由過渡輪3 和過渡輪5 調(diào)整走向，使纖維1 始終接合在測力輥4 上，將纖維1 的拉力無間斷的傳到傳感器7 上。
3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計
3. 1 控制系統(tǒng)的組成
控制系統(tǒng)的核心部件是研華工控制機(jī)，信號的A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換分別采用研華PCL - 818HG 和PCL - 727 數(shù)據(jù)板卡，此類板卡可用于各類電信號的采集、數(shù)據(jù)處理和控制運算后的電信號輸出。PCL - 818HG 數(shù)據(jù)采集卡將從外界獲取的各種電信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)字信號傳遞給計算機(jī)，并接收計算機(jī)傳來的數(shù)字或控制信號; PCL - 727 數(shù)據(jù)輸出卡將模擬或數(shù)字信號傳遞給外部設(shè)備。
交流伺服電機(jī)為執(zhí)行元件，控制紗團(tuán)的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)張力，壓力傳感器檢測紗團(tuán)的動態(tài)張力值，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換形成反饋信號。與交流伺服電動機(jī)同軸相聯(lián)的編碼器，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號反饋至交流伺服驅(qū)動器，并設(shè)定驅(qū)動器為恒轉(zhuǎn)矩控制方式。
3. 2 A/D 采集卡的設(shè)置程序
由于VB 并不提供對計算機(jī)外設(shè)進(jìn)行底層操作的語句或函數(shù)，因而要利用DLL 技術(shù)實現(xiàn)I /O 控制，才能實現(xiàn)對I /O 端口的控制與訪問。動態(tài)連接庫( DLL) 是一種函數(shù)庫，應(yīng)用程序可以在運行時鏈接并使用它。
其中DRV - DeviceOpen 函數(shù)為初始化指定設(shè)備，DRV -DeviceClose 函數(shù)用于關(guān)閉DRV - DeviceOpen 函數(shù)打開的設(shè)備，并釋放所分配的存儲空間，DRV_MAIConfig函數(shù)對設(shè)置采樣通道的電壓輸入范圍。DRV- MAIVoltageIn 函數(shù)為獲取相應(yīng)端口的模擬電壓信號，該函數(shù)被調(diào)用一次就對通道的設(shè)置完成一次I /O 操作，重復(fù)調(diào)用DRV - MAIVoltageIn 函數(shù)則可獲取相應(yīng)端口的模擬電壓信號。表1 為A/D 板卡初始化及數(shù)據(jù)采集的主要編程方法。
3. 3 D/A 輸出卡的設(shè)置程序
其中DRV - DeviceOpen 和DRV - DeviceClose 函數(shù)為打開和關(guān)閉設(shè)備，DRV_AOConfig 函數(shù)為模擬輸出通道的設(shè)置，DRV - AOVoltageOut( ) : 該函數(shù)被調(diào)用一次就對通道的設(shè)置完成一次I /O 操作。重復(fù)調(diào)用DRV - AOVoltageOut 函數(shù)則可從相應(yīng)端口輸出模擬電壓信號。
4 結(jié)語
基于計算機(jī)控制的纖維纏繞張力控制機(jī)的研制，具有參數(shù)設(shè)置方便，界面友好，控制精度滿足工藝要求。本文介紹了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和DLL 技術(shù)實現(xiàn)VB 編程環(huán)境下多通道數(shù)據(jù)信號的檢測的方法。該機(jī)床在實際生產(chǎn)使用中具有明顯的優(yōu)點。
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