微细金属丝主要是通过塑性变形冷拉拔工艺加工方式成型,其广泛应用于高精度过滤筛网、半导体集成电路板、防静电衣物及智能制造等先进技术领域。本课题来源于杭州恒益筛网有限责任公司与我校合作的横向项目“微细金属丝拉丝装备设计研发及张力控制研究”。微细金属丝拉丝工艺过程是将原材料金属丝,通过组合设置一定比例的拉丝眼模,经过多道次的组合拉拔,而得到减径拉伸效果,是金属丝加工领域的重要一环。该公司现有拉丝设备为传统的滑动塔轮式拉丝机,其张力控制模式模糊且响应速度滞后,拉丝工艺在金属丝圆柱度、轴线方向、表面质量等重要指标上难以满足要求,且次品率高。本文在研究了国内外先进拉拔工艺技术及控制方式的基础上设计了一套可拉拔0.018mm--0.05mm线径的自动化程度高、且张力控制准确的拉丝设备样机,提高了拉拔工艺水平,采用恒张力的控制方式提高了拉拔良品率。1)在分析微细金属丝拉拔工艺及其原理的基础上,研究设计了新型非滑动直线式拉丝工艺。进行了单丝的极限断裂张力验证试验,即为拉拔工艺张力控制的临界点,根据反张力拉拔对拉拔作用力的影响原理,设计了负载可调张力机构。保证了在提高拉拔工艺的同时,减小拉丝眼膜损耗,节约了生产成本。2)设计研发出微细金属丝非滑动直线式拉丝机机械结构及电气系统,并可进行后续的开机实验。机械结构主要包括立式张力放卷单元、组合拉拔单元、及横移排线收卷单元。根据非滑动直线式拉丝工艺,实现了分单元的张力隔离,并通过设置负载可调张力机构,有效可靠的进行反张力拉拔工艺,提高了金属线丝表面质量。设计了以Panasonic AFPX-M8N16T为控制核心的电气系统,PLC与触摸屏共同搭建出上位控制系统,可完成拉拔工艺参数设置、设备启停控制、实时运行监控及故障信息报警等人机交互功能。基础的执行元件为5轴的伺服电机、旋转角度编码器、张力检测传感器等。3)恒张力稳定控制算法,其基于Kalman滤波器的闭环反馈PID控制,是整个张力控制系统的难点所在。通过在Kalman滤波算法对输出信号进行正确滤波,提高了系统响应的准确性。负载可调张力机构采用的是开环控制方式,由微型磁粉制动器提供稳定扭矩,保证张力摆杆处于平衡位置,从而在恒张力运行的基础上提供反张力入模。整体算法控制既优化了拉丝工艺,又保证了高速运行下的系统稳定性及抗干扰能力。在试验拉拔阶段断丝率不超过1.5%,干扰测试摆动角度不超过±10°,自调整时间低于2s,在拉拔工作区张力实测试验中,在样机张力波动3s左右初始张力处于基本稳态,其拉丝眼模前方反张力稳态误差控制在60±20%gf,拉丝眼模后方拉拔张力稳态误差控制在80±20%gf。