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华中科技大学毕业设计论文之开题报告花键挤压机数控系统状态图设计及液压双缸同步技术学院： 专业： 班级： 姓名： 学号：指导教师：华中科技大学毕业设计论文之开题报告花键挤压机数控系统状态图设计及液压双缸同步技术一、课题相关背景1、课题来源花键挤压机是常用的花键生产设备，能够获得质量较高的花键，同时可以较好的提高花键的生产效率。本课题来自华中科技大学数控中心与青岛生建公司的合同工程16K 花键轴挤压机机床以下简称花键挤压机数控改造。花键机的旋转双轴同步技术的争论是花键挤压机研制的重要技术之一。通过满足确定精度要求的旋转双轴同步，使花键挤压机生产出合格的产品。2、课题目的本课题承受 16k 数控挤压机生产花键轴。花键挤压机进展花键加工的关键技术是两个成型压滚轮之间的位移同步把握技术以及两个成型压轮旋转同步把握技术。依据花键挤压机的工作原理，成型压轮的位移必需通过液压油缸驱动， 以产生迫使金属局部塑性变形所需要的挤压力；在成型挤压过程中，不仅两个成型压轮的位移量、位移速度要一样，即实现完全同步，而且位移速度要可调可控； 同时两个成型压轮的旋转速度也要保持同步，且旋转速度要可调可控，且与成型压轮的位移速度要匹配。要到达上述的目的，传统的机械同步时无法满足要求的，必需承受数字化的把握技术予以实现。本课题拟在分析数控花键挤压机工作原理，绘制花键挤压机的构造原理图，用状态机图绘制、描述数控花键挤压机工作过程的根底上，争论花键挤压机数控系统的关键技术之一液压双缸同步技术。花键挤压机构造简图如图 1.1 所示：3、课题意义图 1.1 花键挤压机构造简图花键联接具有面积接触大，承载力气高，定心性和导向性好等优点，所以具有广泛的应用。以前的花键加工一般都承受切削加工，每件加工的时间一般都很长，切削出来的花键精度受刀具、毛坯、机床的影响，波动比较大。花键挤压机床是一种无切削、高效成型机床，在大批量花键制造行业具有重大作用，有着宽阔的应用前景。相比于同一规格的花键铣齿机、花键滚齿机，花键挤压机构造简洁、效率高、加工精度根本相当且齿面硬度大大提高，耐磨性也随之提高。因此，在大批量花键生产中，承受花键挤压机具有无可比较的优点和优势。4、国内外慨况主要针对液压双缸同步把握技术进展调查。随着对液压传动系统高效率、低噪声、无震惊、高精度、低故障等的要求，对同步的要求也越来越高，因此需用液压同步的方法来保证同步的要求。按构成回路的把握元件的不同，液压同步回路主要有流量把握和体积把握两大类，按把握方式的不同，液压同步把握系统分为开环把握系统和闭环把握系统。开关式(开环) 同步把握系统1) 流量把握阀实现同步回路(1) 节流阀的同步回路 如图1.2b 所示, 选用一样型号的节流阀, 可以到达根本同步, 加上桥式整流回路可实现双向同步。该系统简洁, 本钱低, 假设同步精度要求高可承受带温度补偿的调速阀或在系统中设稳流阀等。(2) 分流集流阀的同步回路 用分流集流阀可使两负载不同的液压缸同步, 如图1.2c 所示, 因压降与流量成平方下降 , 当流量Q过小时分流精度将显著下降 ,故该系统流量范围较窄, 不适用于低压。图1.2 流量把握阀实现同步回路2) 体积把握实现同步回路体积把握实现的同步精度比流量把握阀实现的同步精度高。(1) 串联缸的同步回路 对单伸杆串联缸要求一个缸的有杆腔有效面积等于另一个缸的无杆腔有效作用面积 , 对双伸杆如图1.3a 所示可实现双向同步。图 1.3 体积把握同步回路(2) 同步缸的同步回路 如图 1.3b 所示的同步缸起着配流的作用, 在其 2 个活塞上设有双作用单向阀,可在行程端点消退两液压缸的同步误差。(3) 并联马达的同步回路 如图 1.3c, 用 2 个同轴等排量的液压马达作配流环节, 输出一样流量保证缸的同步。由单向阀和溢流阀组成的补油回路可消退行程端点的同步误差。(4) 并联泵的同步回路 如图 1.3d, 用 2 个同轴等排量泵直接向两缸供油, 两换向阀应同时动作, 在消退端点误差时, 换向阀可单独动作。3) 力同步和位置同步上述主要是速度的同步, 对力同步只要保证执行器的尺寸大小一样并由同一个溢流阀设定压力很简洁实现力的同步, 位置同步则需在系统中设置特别构造或行程把握机构等。但也可像对速度同步一样实现对力、位置的把握。液压同步闭环把握系统实际上一个液压系统不是一个单一回路的系统,通常是由几个回路组成, 多个回路之间会相互影响,即使在一个回路中通常设有溢流阀调压、安全阀保护、节流阀或调速阀调速及换向阀换向等, 它们对执行器的同步均会产生静态或动态的影响。同时由于不同工况下负载的扰动、执行器的摩擦阻力、系统泄漏、把握元件间的性能差异、空气的混入量以及系统各组成局部的制造和安装误差等因素的影响, 都会影响执行器同步运行的精度。当承受开环把握的液压同步回路, 同步精度较低; 当承受液压同步闭环把握系统, 可对执行器的输出进展检测与反响来构成闭环把握, 尽管该系统组成简洁、本钱高, 但能消退和抑制对高精度同步把握的不利因素的影响, 可获得高精度的同步驱动把握。特别是随着现代把握理论、智能把握理论以及计算机控技术的进展, 这种把握形式在高精度的、自动的液压同步把握回路中得到广泛的应用。1) 闭环同步把握原理(1) 一个执行缸跟踪另一个执行缸 原理图如图1.4上半局部所示。执行缸2 的输出跟踪执行缸1 的输出, 加上D/ A、A/ D、放大等元件以及位置把握器的设计可实现计算机自动把握。把握元件1 可用一般阀,把握元件2 用伺服阀或比例阀。该系统还可与一般把握系统协作实现组合把握。按把握元件设置的位置。图1.4 闭环同步把握原理(2) 两个缸同时跟踪抱负输入. 原理图如图 1.4 下半局部所示, 对两个执行缸同时用一套反响元件进展跟踪设定的抱负输入, 也可以用两套反响机构分别实现对抱负输入的跟踪把握, 该系统要求每套装置中元件的性能完全全都。按此原理实现系统如图 1.5。图 1.5 两缸同时跟踪抱负输入2) 分类按把握元件、反响检测装置的不同, 液压同步闭环把握主要有以下类型: 伺服阀组成的系统、比例阀组成系统、数字缸( 模拟缸) 组成的系统等。(1) 伺服阀的同步回路. 依据反响方式的不同,又可分为机液伺服阀和电液伺服阀的同步回路: 前者以机械方式将活塞位置误差反响给伺服阀, 由伺服阀的随动调整流量, 实现两缸的同步; 后者将活塞位置以电信号反响给伺服阀。该系统响应速度快, 同步精度高, 但阀构造简洁, 价格高且抗污染力气差, 所以一般适用于高同步精度要求的场合。(2) 比例阀的同步回路. 把握元件为电液比例阀。它是介于一般液压阀的开关式把握和电液伺服把握之间的把握方式, 它能实现对液流压力和流量连续地按比例地跟随把握信号而变化, 它的把握性能优于开关式把握, 把握精度和响应速度低于电液伺服把握,但它的本钱较低, 抗污染力气强, 易于实现计算机把握。适合于大功率及较高同步精度的场合。(3) 数字缸或模拟缸把握的同步回路. 随着自动化把握技术和机电一体化技术的进展, 用数字信号把握的电液步进液压缸或模拟信号把握的电液伺服、电液比例液压缸直接对缸实现位置或速度的同步把握。数字缸是一种机电液一体化把握元件, 将缸与把握阀、检测元件等集成为一体, 直接用计算机的数字量来实现对缸的把握, 其中的 D/ A 转换器通常用步进电动机实现将电信号转换为角位移量输出, 由一样性能的两套或一台步进电动机同时驱动两个数字缸可实现同步。模拟缸是将缸、电液伺服或电液比例阀、溢流阀、节流阀等叠加集成一体, 使缸的活塞移动位移与输入电信号成比例。此类缸便于把握、体积小、动态性能好、抗污染, 具有高精度的位置和速度同步。二、课题内容、方案及措施1、预期到达目标针对本课题，经过初步的调查争论，在分析、了解数控花键挤压机的工作原理的根底上，了解学习 UML 语言及 Enterprise Architect 软件的使用方法，以及Linux 操作系统及在 Linux 操作系 C 语言及实时 RTAT编程方法。主要是承受状态机方法，描述数控花键挤压机的工作过程把握图，并进展相应的分析说明；学习分析液压双缸同步把握技术，编制液压双缸同步把握软件；设计、搭建液压双缸同步把握的试验平台，并进展仿真测试验证。2、关键理论和技术本课题的关键理论和技术就是承受状态机去分析和描述数控花键挤压机的工作把握过程图；以及如何实现液压双缸同步把握。状态图的设计承受 Enterprise Architect软件进展花键挤压机数控系统状态图的设计。关于状态机的一个极度精准的描述是它是一个有向图形，由一组节点和一组相应的转移函数组成。状态机通过响应一系列大事而“运行”。每个大事都在属于“当前” 节点的转移函数的把握范围内，其中函数的范围是节点的一个子集。函数返回“下一个”或许是同一个节点。这些节点中至少有一个必需是终态。当到达终态， 状态机停顿。包含一组状态集states、一个起始状态start state、一组输入符号集alphabet、一个映射输入符号和当前状态到下一状态的转换函数transition function的计算模型。当输入符号串，模型随即进入起始状态。它要转变到的状态，依靠于转换函数。在有限状态机中，会有很多变量，例如，状态机有很多与动作actions转换(Mealy 机)或状态摩尔机关联的动作，多重起始状态，基于没有输入符号的转换，或者指定符号和状态非定有 限状态机的多个转换，指派给接收状态识别者的一个或多个状态，等等。 如图 2.1 所示：图 2.1 状态图同步把握同步系统是实现多个执行器以一样位移、一样力或者相等速度运动的回路。大型设备因负载力很大或者布局的关系，需设多个液压执行器同时驱动一个执行机 构，例如液压机中的上液压缸、压桩机中的机身升降液压缸、装载机中动臂缸等。同步运动包括力同步、速度同步和位置同步三类。力同步指输出给各执行器的力一样；速度同步指各执行器的运动速度一样；位置同步则需保证各执行器在运动中和停赶忙位置处处相等。实际机构中的执行器多数为液压缸。所以，在本课题中我们承受的是液压双缸同步来实现对金属的挤压而生产出所需花键。3、完成课题的方案及主要措施方案一：基于模糊 PID 技术。目前，液压同步闭环把握系统的实现形式很多， 依据其实现的任务，被控执行元件的数量、类型与构造、安装与运行方向和把握元件的不同可分成很多类。对于液压同步闭环把握来说，同等方式和主从方式是通常承受的两种把握策略。两者相比，为获得高精度的同步输出，则要求按同等方式工作的液压同步闭环把握系统的各执行元件、反响、检测元件及把握元件等的性能具有严格的匹配关系，这明显让工业实行增加了难度。如图 2.2 所示。图 2.2 系统改进的主从式同步把握示意图仿真结果说明，该把握算法保证了把握的快速性，提高了系统的跟踪精度，且具有较好的鲁棒性能。方案二：电液数字伺服双缸同步把握系统。同步把握始终是液压行业的一个重要课题，在重载、大型设备的运动中其作用显得尤为突出。液压缸的同步精度不仅影响到机械臂运动的位置精度而且还影响到机械臂运动的协调性。现有的液压同步系统有很多实现方法，有的承受开环系统， 例如机械刚性同步系统、分流集流阀同步系统等，这些系统一般来说构造简洁， 但同步精度较低。在高精度同步应用场合，同步把握系统大多承受闭环把握。例如，承受伺服阀把握的同步系统，这种系统响应速度快，同步精度高，但阀构造简洁，抗污染力气差，本钱高；承受电液比例阀把握的同步系统其抗污染力气较伺服阀强，但由于存在死区、饱和等非线性，因此影响到其同步精度。如图2.3.图 2.3 电液位置同步把握系统三、课题争论进展打算1 寒假，文献翻译，资料预备2 课程设计，学问预备，绘制图纸，阅读资料3 开题报告预备，方案4 状态图设计和液压双缸同步技术的实现5 撰写毕业论文，最终检查6 预备辩论PPT，最终检查7 论文和PPT排版和修改四、主要参考文献1诸静，等，模糊把握原理及应用M，北京，机械工业出版社，1995 2施光林，等，液压同步闭环把握及应用J，机床与液压，199743 李卓，等，基于 Fuzzy 推理的自调整 PID 把握器J，把握理论与应用，19974，4 闻邦春，赵春雨，苏东海，等，机械系统的振动同步与把握同步M，北京： 科学出版社，20235 李状云，液压元件与系统M，北京：机械工业出版社，20236 王少峰，面对对象技术 UML 教程，北京，清华大学，2023 7关景泰，机电液把握技术，同济大学8杨征瑞，等，电液比例与伺服把握，北京，机械工业出版社9徐宝文，等，C 语言设计语言，北京，机械工业出版社10 白恩远，等，现代数控机床伺服及检测技术，国防工业出版社11 Canudas de W it C,O lsson H,A storm K J,L isch in sky P.A new model for control of systems with frictionJ,IEEE Trans Automat Control,1995,403：419-425 12G.Tao,H.Y.Chen Optimal design of the magnetic field of a high-speed response soleniod vavleJ,Joumal of Materials Processing Technology,2023,129:555-558