三维零件快速沉积成型过程控制

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实体自由成型SFF(Solid Freeform Fabrication)因生成零件迅速、无模无刀具成型得到快速发展。现有典型快速成型工艺生产出的三维实体零件中有机物含量较高,后期处理过程中成型零件收缩率大,脱脂过程复杂、耗时、污染环境,不符合当前所提倡的绿色制造要求。因此提出采用有机物含量较少的快速沉积成型工艺。此工艺成型过程中,水基陶瓷膏体在恒定挤出力作用下,成型零件表面具有较高精度,并且具有较理想的成型效果。但在挤出过程中不可避免的存在气泡释放、结块破裂以及液相迁移等扰动因素,使得系统中挤出力发生变化,而挤出力的变化会导致挤出速度发生变化,反应在成型过程中会出现欠填充或过填充现象的发生,故本文采用自适应控制算法对成型过程中挤出力进行控制。  首先对沉积成型挤压机进行结构设计,在对沉积挤压成型原理分析的基础上设计沉积成型挤压机的传动机构、挤出机构以及机身机构,并对挤出机构中的重要部件进行详细设计与选型。将所设计的传动机构、挤出机构与机身机构进行装配得到完整的沉积成型挤压机。但考虑到挤出机构对整个成型效果的重要影响,因此采用基于ANSYSWorkbench的有限元设计软件对挤出机构进行有限元静力学分析,以获得挤出机构的等效应力分布和变形量,并对其进行分析。  其次对本文所设计的沉积成型挤压机进行动力学分析,建立成型过程中挤出力数学模型,并对其离散化处理,通过遗忘因子递推最小二乘法对离散模型参数辨识,在对自校正PID控制器进行研究的基础上将其应用于沉积成型挤出力的控制过程中。  开发基于xPC Target的沉积成型自适应实时控制系统,提出沉积成型自适应实时控制系统总体方案,并确定相关硬件配置。通过仿真研究不同遗忘因子对遗忘因子递推最小二乘法参数辨识的影响,以及进行常规PID控制器和基于极点配置自校正PID控制器对不同信号跟踪和对两者的自适应性对比,在此基础上对自适应控制的优越性和有效性进行分析,证实了该算法的可行性。实现了沉积成型挤压机的原型设备,并制备膏体材料进行成型实验。
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