船用型材的非端點(diǎn)測量及冷彎自動成形的方法研究.pdf

1、自從2008年以來，我國船舶行業(yè)的三大造船指標(biāo):造船完工量、新承接船舶訂單量和手持船舶訂單量都列世界第一，目前正由造船大國向造船強(qiáng)國邁進(jìn)，采用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)制造裝備的研發(fā)與使用將成為一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在船體的建造過程中，船用型材（特別是肋骨）的彎制是一件復(fù)雜而繁重的工作任務(wù)，船用型材的彎制精度、加工效率會影響船體的制造質(zhì)量、生產(chǎn)效率和制造成本?；谥行⌒痛靶拊炱髽I(yè)對船體型材的生產(chǎn)裝備需求，進(jìn)行船用型材的非端點(diǎn)測量及冷彎自動成形的方

2、法研究，并預(yù)期在此研究基礎(chǔ)上研發(fā)數(shù)控船用型材冷彎成形設(shè)備，應(yīng)用于生產(chǎn)，將大大提高企業(yè)的制造水平、效率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
　　本文首先敘述了國內(nèi)船舶行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，針對船用型材（如肋骨）的彎制需求，介紹了船用型材傳統(tǒng)的彎制方法，敘述了國內(nèi)外常見的肋骨成形測量控制方法的原理和數(shù)控冷彎機(jī)的現(xiàn)狀。重點(diǎn)介紹了目前比較流行的數(shù)控冷彎測量控制法:端點(diǎn)測量控制法和弦線測量控制法，并對它們的優(yōu)劣性進(jìn)行了分析。針對中小型船廠對數(shù)控冷彎設(shè)

3、備的需求，創(chuàng)造性的提出了一種非端點(diǎn)測量控制方法。利用計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)肋骨樣條型值數(shù)據(jù)生成基于累加弦長的近似弧長三次參數(shù)樣條函數(shù)和曲線，在此數(shù)學(xué)樣條曲線的基礎(chǔ)上，提出一種基于進(jìn)料弧長和角度的非端點(diǎn)測量控制方法。此測量控制方法避免了端點(diǎn)測量控制法和弦線測量控制法龐大的測量機(jī)構(gòu)，能夠在生產(chǎn)過程中根據(jù)進(jìn)料誤差，實(shí)時(shí)測量和調(diào)整加工參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、低成本生產(chǎn)目標(biāo)。
　　隨后，使用銅線模擬型材的中性層曲線，在實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)

4、研究，采用合適的支點(diǎn)距離和進(jìn)料距離對新型非端點(diǎn)測量控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證。在驗(yàn)證其合理性的基礎(chǔ)上，針對型材加工工藝的一些典型問題提出了一些解決方法，利用逐步接近法來克服型材彎制過程中的回彈;利用正反彎交替法來控制逐段彎曲角度誤差產(chǎn)生的累積誤差;根據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)料距離調(diào)整彎曲角度參數(shù)的自適應(yīng)法來控制進(jìn)料累計(jì)誤差等，并分別針對這些方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這些方法的合理性和實(shí)用性。
　　接著，推導(dǎo)出主彎曲缸壓彎位移和彎曲目標(biāo)角度之間的計(jì)

5、算公式，通過銅線的壓彎位移實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，采用弧角測量法來加工型材曲線，加工后的銅線曲線達(dá)到了船體型材加工的誤差要求。在理論和實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了采用伺服油缸來代替普通油缸進(jìn)行壓彎，通過精確控制彎曲位移來達(dá)到彎曲目標(biāo)角度的方案是可行的。
　　按照某船廠要求，設(shè)計(jì)了數(shù)控型材冷彎機(jī)，包括:總體控制方案、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和主彎曲缸的設(shè)計(jì)，最后為主彎曲缸選擇了合適的電液比例方向閥。
　　建立壓彎控制系統(tǒng)的自動控制模型并進(jìn)行相應(yīng)的仿真。根

6、據(jù)系統(tǒng)的工作原理，通過Simulink建立相應(yīng)的仿真模型，并設(shè)置相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行仿真。在仿真過程中，為保持冷彎自動成形的準(zhǔn)確性，引入模糊滑?？刂破鲗σ簤焊椎倪\(yùn)動進(jìn)行控制。仿真結(jié)果表明，液壓缸能夠在控制器的控制作用下跟隨輸入的曲線運(yùn)動，跟蹤誤差比較小，證明了該控制策略良好的控制效果。
　　在已經(jīng)研制成功的半自動冷彎機(jī)的基礎(chǔ)上上，應(yīng)用新型非端點(diǎn)弧角測量控制法對實(shí)際船用型材進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)。通過對加工好的工件進(jìn)行實(shí)測，將測量數(shù)據(jù)和船廠提供的