隨著工業(yè)的發(fā)展，作為基礎(chǔ)零部件的彈簧的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)彈簧空間形狀和成形精度的要求也在不斷的提高。應(yīng)對(duì)這種變化，適宜于加工具有復(fù)雜形狀的異形彈簧的數(shù)控卷簧設(shè)備在彈簧的生產(chǎn)制造中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。但由于各種條件的限制，我國(guó)在彈簧卷制設(shè)備制造方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在很大的差距，該領(lǐng)域主要被進(jìn)口產(chǎn)品所占領(lǐng)，因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)彈簧卷制設(shè)備對(duì)全面提升我國(guó)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(chǎn)品，人們往往忽視對(duì)其先進(jìn)制造方法的研究，造成對(duì)彈簧數(shù)控卷制的研究比較薄弱。而實(shí)際上，由于彈簧卷繞成形的特點(diǎn)和卷繞設(shè)備工作方式的特殊性，數(shù)控卷簧設(shè)備在使用過(guò)程中存在自動(dòng)化程度低、對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴性強(qiáng)、操作不方便等缺陷。因此，對(duì)彈簧制造過(guò)程進(jìn)行深入研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 鑒于此，本文在教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目和洛陽(yáng)市科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的彈簧卷繞設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的調(diào)查與總結(jié)，概括了彈簧卷繞制造的特點(diǎn)和規(guī)律，分析了彈簧卷繞過(guò)程中存在的問(wèn)題和制約因素，并將數(shù)字化制造、基于知識(shí)工程等先進(jìn)制造技術(shù)與理念應(yīng)用于彈簧卷制領(lǐng)域，建立了以CAD／CAPP／CAM為核心的彈簧數(shù)字化制造系統(tǒng)并將之應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，期望能在彈簧的數(shù)控制造方面有所突破。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括： 1．總結(jié)了彈簧卷繞成形的原理、過(guò)程和特點(diǎn)，并針對(duì)傳統(tǒng)彈簧卷制過(guò)程中缺少精確的數(shù)學(xué)計(jì)算，主要依靠手工試制獲取彈簧加工參數(shù)的缺陷，計(jì)算分析了與彈簧卷繞過(guò)程有關(guān)的工藝參數(shù)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(shù)確定等工藝過(guò)程，建立了彈簧形狀與卷繞方式之間的聯(lián)系。這些知識(shí)和規(guī)則可以幫助計(jì)算機(jī)方便地參與彈簧卷制過(guò)程，從而為彈簧的數(shù)字化制造作好了技術(shù)準(zhǔn)備。 2．根據(jù)彈簧的成形規(guī)律和制造特點(diǎn)，提出了以彈簧的CAD／CAPP／CAM為核心的彈簧數(shù)字化制造的概念，明確了系統(tǒng)的總體框架和功能結(jié)構(gòu)，并根據(jù)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)的需求和功能進(jìn)行分析，利用UML建立了系統(tǒng)靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。數(shù)字化制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)彈簧的設(shè)計(jì)、制造一體化，為彈簧的數(shù)控加工提供了新的實(shí)現(xiàn)方法。 3．品種繁雜的異形彈簧由于具有復(fù)雜多變的末端結(jié)構(gòu)，很難用一些簡(jiǎn)單的參數(shù)來(lái)完整地概括和表達(dá)其形狀，造成了在彈簧的數(shù)控加工時(shí)，需要借用電機(jī)轉(zhuǎn)角、送線長(zhǎng)度等機(jī)床的動(dòng)作參數(shù)來(lái)間接規(guī)定彈簧的樣式，給彈簧的數(shù)控加工帶來(lái)了很大的不便。本文將特征技術(shù)引入到彈簧的表達(dá)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)彈簧類零件的形狀特點(diǎn)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(yǔ)義的基本結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)組合關(guān)系的確定和空間位置的解算，使其相互拼接組合從而構(gòu)成復(fù)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(jié)構(gòu)，建立了彈簧零件信息表達(dá)模型，為彈簧的數(shù)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(shí)間，但目前的卷簧設(shè)備大多不具備這樣的功能。本文以開放圖形程序庫(kù)OpenGL作為幾何建模工具，研究了彈簧實(shí)體表面的三維離散技術(shù)和空間點(diǎn)的存貯方式，實(shí)現(xiàn)了異形彈簧的實(shí)體造型，并提出了一種替代算法對(duì)彈簧末端過(guò)渡部分進(jìn)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(shí)首先需要確定卷繞的動(dòng)作順序并完成對(duì)機(jī)床的配置，主要包括有關(guān)工裝的選擇、布局、調(diào)整和參數(shù)選取，這個(gè)過(guò)程耗時(shí)費(fèi)力，經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，成為了彈簧數(shù)控加工的瓶頸。本文將人工智能應(yīng)用到彈簧卷繞過(guò)程中，利用基于規(guī)則和基于實(shí)例的混合推理策略來(lái)完成彈簧卷繞工藝設(shè)計(jì)，并把形狀特征編碼矩陣作為判斷實(shí)例相似的依據(jù)，規(guī)劃了三級(jí)搜索過(guò)程來(lái)完成彈簧形狀的匹配�；谥R(shí)的彈簧卷繞工藝規(guī)劃方法改變了傳統(tǒng)的調(diào)機(jī)方式，對(duì)提高彈簧加工的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率具有重要的意義。 6．利用上述的有關(guān)研究成果，設(shè)計(jì)了獨(dú)具特色的彈簧卷制數(shù)控指令和編程格式，開發(fā)了異形彈簧數(shù)字化制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了彈簧卷繞過(guò)程的信息共享，完成了彈簧零件特征建模、三維造型、工藝設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程等功能，并將之應(yīng)用于課題協(xié)作方的新產(chǎn)品開發(fā)中，較好地滿足了彈簧現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：TH135
【部分圖文】：

螺旋彈簧用途廣泛，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所的不同功能需要，在國(guó)標(biāo)規(guī)定的基本形狀基礎(chǔ)上又派生出多種形狀復(fù)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(fù)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(guò)程復(fù)雜，對(duì)卷制設(shè)備和操作技術(shù)的要求高，是彈簧生產(chǎn)中的難點(diǎn)，因此本文以異形彈簧作為研究對(duì)象，探討其數(shù)字化制造的有關(guān)實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)。作為研究基礎(chǔ)，本章重點(diǎn)分析和總結(jié)了異形彈簧的常規(guī)卷繞過(guò)程，并將彈簧卷繞的工藝特點(diǎn)和規(guī)律進(jìn)行整理，確定了一些工藝參數(shù)的計(jì)算方法，從而為利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行彈簧的數(shù)字化制造作好技術(shù)準(zhǔn)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(diǎn)解.2.1卷簧機(jī)的工作原理卷簧是彈簧卷制成形的簡(jiǎn)稱，是彈簧制造過(guò)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(chǎn)效率。卷簧機(jī)是加工彈簧的主要設(shè)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(jī)一般由機(jī)身、傳動(dòng)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(jī)進(jìn)行彈簧卷制工作的關(guān)鍵部分，通常由送料總成、變徑機(jī)構(gòu)、變距機(jī)構(gòu)、切料機(jī)構(gòu)和芯軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。這些機(jī)構(gòu)相互協(xié)調(diào)配合

西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文折角和圓柱這四種基本結(jié)構(gòu)特征，如圖4一5所示。把這四種基本結(jié)構(gòu)特征分別定義為結(jié)構(gòu)基元，通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行不同的拼接組合，就能構(gòu)造出各種復(fù)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(jié)構(gòu)基元不僅是對(duì)形狀特征的抽象，而且也反映了彈簧的加工信息，因?yàn)槊糠N結(jié)構(gòu)基元形成時(shí)分別對(duì)應(yīng)不同的加工方法。如圓柱段是由送線進(jìn)給動(dòng)作形成的，而螺旋則是由送線動(dòng)作配合曲線規(guī)卷繞而成。因此從卷制方式對(duì)形狀特征進(jìn)行分類既能完整表達(dá)產(chǎn)品，又使得產(chǎn)品定義階段同工藝可行性評(píng)價(jià)、單特征工藝方案推理等后續(xù)過(guò)程得以同步進(jìn)行，并為彈簧卷制的其它運(yùn)行模塊提供支持。為便于不同結(jié)構(gòu)基元之間的連接，每一種結(jié)構(gòu)基元都定義一個(gè)起點(diǎn)和終點(diǎn)，還有分別經(jīng)過(guò)這兩個(gè)點(diǎn)的方向向量。兩個(gè)端點(diǎn)為結(jié)構(gòu)基元之間的接口，上一個(gè)結(jié)構(gòu)基元的終點(diǎn)就是下一個(gè)結(jié)構(gòu)基元的起點(diǎn)

工工裝參數(shù) 數(shù) 數(shù)工藝鏈序號(hào) 號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)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(shuō)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(shù)據(jù)表之間的關(guān)系圖6一7彈簧屬性表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用 SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)實(shí)例結(jié)構(gòu)時(shí)，可通過(guò)建立多張數(shù)據(jù)表來(lái)描述彈簧實(shí)例零件的數(shù)據(jù)信息，包括實(shí)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(jié)構(gòu)基元特征具體屬性的特征數(shù)據(jù)表、工藝方案表、工藝鏈表、工裝布局表。這些數(shù)據(jù)表之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖6一6所示。在每個(gè)數(shù)據(jù)表中，根據(jù)所存儲(chǔ)的內(nèi)容，建立相應(yīng)的字段。為保證不同表之間一87一
【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2865102