铝合金壳体柔性制造系统的关键技术研究

发布时间：2020-05-21 20:07

【摘要】：智能化、柔性化的生产制造是未来制造业发展的必然趋势。然而,在航空航天领域广泛使用的铝合金壳体类零部件,因多品种、小批量的实际生产特点,往往自动化程度偏低,生产成本较高且生产效率低下,更谈不上智能化、柔性化生产。因此,研究这类零部件的自动化和柔性化智能制造技术具有重要的实用价值。本文首先对铝合金壳体柔性制造系统进行了总体概述,包括柔性冲压单元、自动焊接单元、物料传送单元和双目视觉导引单元四个子单元。围绕自动焊接单元的柔性夹具系统和传送单元中的搬运机器人进行了重点研究。涉及的主要生产流程为:铝合金壳体的加工从毛坯件导入柔性冲压单元开始,冲压成形后通过传送单元中的搬运机器人将冲压件抓取到自动焊接单元,精确定位后再由双目视觉导引单元配合焊接,最后完成工件的加工。其次,由于铝材的尺寸、属性、厚度等因素会影响工件的成形效果,本文针对不同的材料进行了折弯与回弹研究。选取了两种典型的航空铝材6061和2A12,通过DYNAFORM冲压软件对其进行仿真实验,得到冲压力、变形、回弹等模拟数据。根据仿真实验的结果,从中筛选出最优的方案,为后期系统的优化提供了重要的理论依据。针对不同的加工需求,以丝杠滑台为基础,边角定位为原则设计了相应的柔性夹紧结构,从而满足了多品种铝盒的夹紧需求。为进一步满足工件的尺寸范围,还对夹紧单元进行了优化。通过ANSYS有限元软件和ADAMS运动学分析软件,对夹紧结构进行运动学分析和优化,验证了设计的合理性和实用性。最后,采用D-H法建立了关节机器人的连杆坐标系,求得机器人末端执行器相对于固定基座的转换矩阵,并求解出机械手臂的运动学正解和逆解。运用MATLAB软件对机械手臂进行仿真,根据蒙特卡洛法求得了手臂的工作空间并为整体布局提供了参考。
【图文】：

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图 2-1 控制系统示意图2.3 单元功能介绍2.3.1 自动焊接单元和柔性冲压单元自动焊接单元包含两个子单元，分别是柔性夹具单元和焊接机械手单元。要解决多品种、小批量的生产特性，柔性是核心要素。由于柔性夹具的发展还处于初级阶段，不可能满足大范围、跨种类的工件加工要求。本文所研究的柔性夹具主要针对矩形铝制壳体，这类零件有三大特点：一是外形简单，二是薄壳结构，三是材料易成形。这样夹具本身的刚度和强度就可以较为容易的达到要求。具体方案后续章节将做详细研究。柔性冲压单元主要用来实现铝制壳体的成形，与柔性夹具单元相互配合才真正实现了柔性制造的第一步。柔性冲压单元的核心技术是模具，只有模具达到柔性要求，冲压才能实现柔性。通过查阅大量文献资料，柔性模具在现阶段的发展极其缓慢。因为冲压件需要很大冲击力才能实现成形，而模具又是主要的受力体，所以绝大多是的模具都是

板料成形数值模拟,固有振动周期,中心差分法,利润空间

不考虑阻尼对结果的影响，运用中心差分法得到动力显示算法的递推公式： tttNLtLttttMtMtMFKKt 221)2(1 3 minT t t 3 1式中，minT 是最小固有振动周期。.4 DYNAFORM 分析流程DYNAFORM 是由美国 ETA 公司和 LSTC 公司携手研发用于板料成形数值模拟用软件，是当下主流的 CAE 应用软件之一。通过 DYNAFORM 进行仿真试验，可显的改善模具研发周期，，最大程度的降低成本得到更大的利润空间，并增加了设计靠度。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH165

【参考文献】