隨著工業(yè)的發(fā)展，作為基礎零部件的彈簧的應用日益廣泛，對彈簧空間形狀和成形精度的要求也在不斷的提高。應對這種變化，適宜于加工具有復雜形狀的異形彈簧的數控卷簧設備在彈簧的生產制造中發(fā)揮著越來越重要的作用。但由于各種條件的限制，我國在彈簧卷制設備制造方面與工業(yè)發(fā)達國家之間存在很大的差距，該領域主要被進口產品所占領，因此，開發(fā)具有自主知識產權的先進彈簧卷制設備對全面提升我國彈簧制造業(yè)水平顯得尤為迫切和十分必要。 另一方面，彈簧作為一種常見產品，人們往往忽視對其先進制造方法的研究，造成對彈簧數控卷制的研究比較薄弱。而實際上，由于彈簧卷繞成形的特點和卷繞設備工作方式的特殊性，數控卷簧設備在使用過程中存在自動化程度低、對經驗的依賴性強、操作不方便等缺陷。因此，對彈簧制造過程進行深入研究具有重要的理論意義和應用價值。 鑒于此，本文在教育部高等學校博士學科點專項科研基金項目和洛陽市科技攻關項目的支持下，通過對國內外的彈簧卷繞設備生產現狀和發(fā)展趨勢的調查與總結，概括了彈簧卷繞制造的特點和規(guī)律，分析了彈簧卷繞過程中存在的問題和制約因素，并將數字化制造、基于知識工程等先進制造技術與理念應用于彈簧卷制領域，建立了以CAD／CAPP／CAM為核心的彈簧數字化制造系統(tǒng)并將之應用于生產實踐中，期望能在彈簧的數控制造方面有所突破。論文的主要研究內容包括： 1．總結了彈簧卷繞成形的原理、過程和特點，并針對傳統(tǒng)彈簧卷制過程中缺少精確的數學計算，主要依靠手工試制獲取彈簧加工參數的缺陷，計算分析了與彈簧卷繞過程有關的工藝參數和影響因素，分解了彈簧卷制的步驟，提煉整理了典型彈簧的凸輪布局、刀具選擇、參數確定等工藝過程，建立了彈簧形狀與卷繞方式之間的聯系。這些知識和規(guī)則可以幫助計算機方便地參與彈簧卷制過程，從而為彈簧的數字化制造作好了技術準備。 2．根據彈簧的成形規(guī)律和制造特點，提出了以彈簧的CAD／CAPP／CAM為核心的彈簧數字化制造的概念，明確了系統(tǒng)的總體框架和功能結構，并根據面向對象的設計方法對系統(tǒng)的需求和功能進行分析，利用UML建立了系統(tǒng)靜態(tài)模型和動態(tài)模型。數字化制造技術可以實現彈簧的設計、制造一體化，為彈簧的數控加工提供了新的實現方法。 3．品種繁雜的異形彈簧由于具有復雜多變的末端結構，很難用一些簡單的參數來完整地概括和表達其形狀，造成了在彈簧的數控加工時，需要借用電機轉角、送線長度等機床的動作參數來間接規(guī)定彈簧的樣式，給彈簧的數控加工帶來了很大的不便。本文將特征技術引入到彈簧的表達過程中，通過對彈簧類零件的形狀特點和成形方式的研究，創(chuàng)造性地提取出了四種具有一定工程語義的基本結構特征，通過組合關系的確定和空間位置的解算，使其相互拼接組合從而構成復雜形狀的異形彈簧。以形狀特征為載體，利用彈簧零件的不同特征分類和層次結構，建立了彈簧零件信息表達模型，為彈簧的數字化制造提供了完整的信息源。 4．彈簧的三維顯示可以使操作者提前了解彈簧效果，減少試制時間，但目前的卷簧設備大多不具備這樣的功能。本文以開放圖形程序庫OpenGL作為幾何建模工具，研究了彈簧實體表面的三維離散技術和空間點的存貯方式，實現了異形彈簧的實體造型，并提出了一種替代算法對彈簧末端過渡部分進行了光滑處理。這種方式造型逼真，而且便于嵌入到集成系統(tǒng)中。 5．彈簧卷繞成形時首先需要確定卷繞的動作順序并完成對機床的配置，主要包括有關工裝的選擇、布局、調整和參數選取，這個過程耗時費力，經驗性強，成為了彈簧數控加工的瓶頸。本文將人工智能應用到彈簧卷繞過程中，利用基于規(guī)則和基于實例的混合推理策略來完成彈簧卷繞工藝設計，并把形狀特征編碼矩陣作為判斷實例相似的依據，規(guī)劃了三級搜索過程來完成彈簧形狀的匹配�；谥R的彈簧卷繞工藝規(guī)劃方法改變了傳統(tǒng)的調機方式，對提高彈簧加工的自動化水平和生產效率具有重要的意義。 6．利用上述的有關研究成果，設計了獨具特色的彈簧卷制數控指令和編程格式，開發(fā)了異形彈簧數字化制造系統(tǒng)，實現了彈簧卷繞過程的信息共享，完成了彈簧零件特征建模、三維造型、工藝設計、自動編程等功能，并將之應用于課題協(xié)作方的新產品開發(fā)中，較好地滿足了彈簧現代化生產的需要。
【學位單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2007
【中圖分類】：TH135
【部分圖文】：

螺旋彈簧用途廣泛，根據應用場所的不同功能需要，在國標規(guī)定的基本形狀基礎上又派生出多種形狀復雜的異形彈簧，如寶塔形、中鼓形、中凹形、變徑、變節(jié)距、帶有復雜端部等，圖2一2所示是一些具有不規(guī)則末端的異形彈簧樣例。這些異形彈簧用量大，卷制過程復雜，對卷制設備和操作技術的要求高，是彈簧生產中的難點，因此本文以異形彈簧作為研究對象，探討其數字化制造的有關實現方法和技術。作為研究基礎，本章重點分析和總結了異形彈簧的常規(guī)卷繞過程，并將彈簧卷繞的工藝特點和規(guī)律進行整理，確定了一些工藝參數的計算方法，從而為利用計算機技術進行彈簧的數字化制造作好技術準備。喻砂、圖2一2一些異形彈簧的樣例那.2螺旋壓簧的卷制及工藝特點解.2.1卷簧機的工作原理卷簧是彈簧卷制成形的簡稱，是彈簧制造過程的主要工序，卷制的方法和精度決定著彈簧的幾何尺寸、性能、材料的利用率和生產效率。卷簧機是加工彈簧的主要設備，它把鋼絲線材卷繞成一定形狀的彈簧，供端磨、回火等后續(xù)工序處理114]。卷簧機一般由機身、傳動系統(tǒng)、卷簧系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、料架等部分組成。卷簧系統(tǒng)是卷簧機進行彈簧卷制工作的關鍵部分，通常由送料總成、變徑機構、變距機構、切料機構和芯軸移動機構等部分組成。這些機構相互協(xié)調配合

西北工業(yè)大學博士學位論文折角和圓柱這四種基本結構特征，如圖4一5所示。把這四種基本結構特征分別定義為結構基元，通過對它們進行不同的拼接組合，就能構造出各種復雜的異形彈簧I“0]。1一圓環(huán)2一圓柱3一折角4一螺旋圖4一5異形彈簧形狀特征分類結構基元不僅是對形狀特征的抽象，而且也反映了彈簧的加工信息，因為每種結構基元形成時分別對應不同的加工方法。如圓柱段是由送線進給動作形成的，而螺旋則是由送線動作配合曲線規(guī)卷繞而成。因此從卷制方式對形狀特征進行分類既能完整表達產品，又使得產品定義階段同工藝可行性評價、單特征工藝方案推理等后續(xù)過程得以同步進行，并為彈簧卷制的其它運行模塊提供支持。為便于不同結構基元之間的連接，每一種結構基元都定義一個起點和終點，還有分別經過這兩個點的方向向量。兩個端點為結構基元之間的接口，上一個結構基元的終點就是下一個結構基元的起點

工工裝參數 數 數工藝鏈序號 號號號號號號號號卷卷卷卷卷卷卷 卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷繞工序 序工工裝說明 明 明工裝布局索引引引引引引引引引卷卷卷卷卷卷卷 卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷繞工步 步圖6一6數據表之間的關系圖6一7彈簧屬性表的數據結構使用 SQLServer2000數據庫設計實例結構時，可通過建立多張數據表來描述彈簧實例零件的數據信息，包括實例零件索引表、彈簧屬性表、存放彈簧形狀特征種類的特征組成表、存放結構基元特征具體屬性的特征數據表、工藝方案表、工藝鏈表、工裝布局表。這些數據表之間存在關聯關系，如圖6一6所示。在每個數據表中，根據所存儲的內容，建立相應的字段。為保證不同表之間一87一
【引證文獻】

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1 郜立煥;李言芝;唐曉陽;張吉浩;楊陽;;卷簧機液壓系統(tǒng)設計[J];新技術新工藝;2010年11期

相關碩士學位論文 前3條

1 龐文卓;基于PMAC的卷簧機數控系統(tǒng)[D];河南科技大學;2011年

2 秦毅;基于Internet的機械優(yōu)化設計系統(tǒng)研究[D];太原理工大學;2008年

3 王謙;100炮供彈機構研究[D];中北大學;2012年

本文編號：2865102