淺談纖維纏繞張力控制機構的結構及控制系統(tǒng)設計論文
1 引言
纖維纏繞是玻璃鋼生產中的重要成型工藝之一，纖維纏繞工藝是纖維在一定的預張力作用下，浸漬樹脂粘結劑后，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，進而提高制品的強度。在復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行精密控制是十分重要的，施加張力可以使纖維拉直、驅除氣泡、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品的質量。這又對纏繞張力參數(shù)的控制提出了更高的要求。
2 設備機構設計
計算機控制纏繞是用纖維預浸樹脂通過特定的機械和控制，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退運動。
主軸模具1 由伺服電機根據(jù)要求通過減速機減速做均勻旋轉，其旋轉速度由編碼器輸出反饋; 纏繞小車3 由伺服電機根據(jù)所需的要求通過減速機減速延軌道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 由伺服電機根據(jù)要求通過減速機減速做徑向進退運動，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，進入安裝在纏繞小車3 上的繞絲嘴2; 主軸的旋轉、小車的縱向運動和繞絲嘴的徑向運動組成纏繞機的主運動，由計算機控制。由于纖維纏繞于模具上的張力直接影響到產品的質量，所以纖維的張力控制是非常重要的。
2. 2 纏繞機結構
由于計算機控制纖維纏繞機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備，組成主體的各部件可實現(xiàn)計算機控制三坐標。在滿足工藝要求的前提下，又考慮結構的緊湊性，為此總體布局將主軸箱、尾座、軌道小車、繞絲嘴設計在一個主體框架上，并根據(jù)制品的大小設計成兩工位纏繞，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，輸入所需的要求完成產品纏繞。伺服電機1 驅動主軸旋轉，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 由伺服電機控制延軌道5 縱向往復運動。
2. 3 纖維張力控制機構
由于纖維的張力對產品質量有很大影響，纖維的張力控制顯得尤為重要，為了保證纖維控制的精度，設計了單根纖維計算機控制。圖3 是纖維控制機構，已繞成線團狀的纖維，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2 安裝在由伺服電機5 控制的輸出軸上，用帶錐度的`漲塞1 將纖維紗團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)進入測量裝置，結構上設計了一個長度超過紗團高的過渡輥3，纖維1 從過渡輥3 上方繞過進入測力裝置。纖維經(jīng)過進出導向輥進入測力輥輪組，由測力傳感器反饋單根纖維的張力。
纖維1 從成井狀的進導向輥6 進入測力反饋裝置，再從成井狀的出導向輥2 出測力反饋裝置，纖維1 由過渡輪3 和過渡輪5 調整走向，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，信號的A/D 和D/A 轉換分別采用研華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換為統(tǒng)一的數(shù)字信號傳遞給計算機，并接收計算機傳來的數(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備。
交流伺服電機為執(zhí)行元件，控制紗團的轉速以調節(jié)張力，壓力傳感器檢測紗團的動態(tài)張力值，進行A/D 轉換形成反饋信號。與交流伺服電動機同軸相聯(lián)的編碼器，將電機的轉速信號反饋至交流伺服驅動器，并設定驅動器為恒轉矩控制方式。
3. 2 A/D 采集卡的設置程序
由于VB 并不提供對計算機外設進行底層操作的語句或函數(shù)，因而要利用DLL 技術實現(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)為初始化指定設備，DRV -DeviceClose 函數(shù)用于關閉DRV - DeviceOpen 函數(shù)打開的設備，并釋放所分配的存儲空間，DRV_MAIConfig函數(shù)對設置采樣通道的電壓輸入范圍。DRV- MAIVoltageIn 函數(shù)為獲取相應端口的模擬電壓信號，該函數(shù)被調用一次就對通道的設置完成一次I /O 操作，重復調用DRV - MAIVoltageIn 函數(shù)則可獲取相應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 輸出卡的設置程序
其中DRV - DeviceOpen 和DRV - DeviceClose 函數(shù)為打開和關閉設備，DRV_AOConfig 函數(shù)為模擬輸出通道的設置，DRV - AOVoltageOut( ) : 該函數(shù)被調用一次就對通道的設置完成一次I /O 操作。重復調用DRV - AOVoltageOut 函數(shù)則可從相應端口輸出模擬電壓信號。
4 結語
基于計算機控制的纖維纏繞張力控制機的研制，具有參數(shù)設置方便，界面友好，控制精度滿足工藝要求。本文介紹了機構的結構設計和DLL 技術實現(xiàn)VB 編程環(huán)境下多通道數(shù)據(jù)信號的檢測的方法。該機床在實際生產使用中具有明顯的優(yōu)點。
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