大型航空结构件加工自动避让夹具系统研究

发布时间：2017-08-25 02:07

  本文关键词：大型航空结构件加工自动避让夹具系统研究

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【摘要】：随着航空制造工业的飞速发展,现代飞机对性能的要求也在不断的提升。航空产品的制造中广泛采用大型整体结构件来替代过去通过铆接和螺栓连接的组合结构件。与一般的机械零件相比,飞机整体构件的加工难度和强度更大,不仅实体组合复杂,形位精度要求很高,而且薄壁位置刚度低,切除率高,数控加工过程非常容易产生变形。因此,大型航空整体结构件的制造技术一直困扰着航空工业。多点夹持技术是保证飞机结构件加工过程中静、动态稳定性的一种有效而实用的方法,现在广泛应用于飞机制造领域。然而,一些需要加工的结构特征,例如槽、肋板、孔等,不可避免会与夹持位置靠近或者重合。在这种情况下,仅仅通过刀具路径规划和刀具姿态调整的方法并不能够解决刀具和夹紧点之间在加工运动过程中的干涉与冲突。这对于航空制造业来说也是一个很棘手的难题。本文从航空整体构件装夹的角度出发,研究了一种可以实现自动避让的方法。此方法是将包含夹紧力控制功能与夹紧动作控制功能相结合的工艺系统装备应用到大型航空整体结构件的加工中去。首先,采用有限元技术,分析了加工过程中多次反复释放和夹紧操作下的工件受力状态,建立夹紧力与工件加工中剩余壁厚关系的数学模型,依据数学模型对每个夹持点的夹紧力分别进行优化处理。然后,研究了一种自动避让方法,该方法是在夹具坐标系下,通过将传感器在线检测的刀具实际位置坐标与定位、夹紧点的位置坐标进行比较来实现的。因此,自动避让系统是一个完全独立于机床数控系统的控制单元。最后,在上述理论的基础上,本文设计了一种基于在线检测的自动避让模块化夹具系统,并进行了制造和调试。为了验证自动避让夹具系统的可靠性,我们以560mm×11Omm×16mm的铝合金构件作为夹持对象,进行铣槽加工,来减轻工件的重量。夹具系统主要是由4个最大夹紧力778N的回转夹紧气动夹紧点,8个超声波接近传感器、2个超声波测距传感器、底座等辅助支承元件组成。从加工试验表明,该夹具系统能够高质、高效地满足飞机整体结构件的加工要求,且操作便捷。
【关键词】：多点夹持 自动避让 夹具 航空整体结构件 有限元
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景和意义10-13
• 1.2 航空结构件加工工艺装备系统研究现状13-19
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-19
• 1.3 论文研究的内容和章节安排19-21
• 1.3.1 课题研究内容19
• 1.3.2 论文章节安排19-21
• 2 自动避让夹具设计方案研究21-32
• 2.1 自动避让夹具设计要求21-22
• 2.1.1 铣床夹具基本设计要求21
• 2.1.2 航空整体构件柔性自动避让夹具具体设计要求21-22
• 2.2 装夹难点分析22
• 2.3 自动避让夹具设计方案22-29
• 2.3.1 自动避让夹具总体设计方案22-24
• 2.3.2 定位方案设计24
• 2.3.3 夹紧方案设计24-27
• 2.3.4 控制系统方案比较27-29
• 2.4 技术路线和技术措施29-31
• 2.4.1 技术路线29-30
• 2.4.2 技术措施30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 自动避让夹具详细设计32-50
• 3.1 自动避让夹具的分析计算32-39
• 3.1.1 切削力的计算32-34
• 3.1.2 夹紧力的计算34-35
• 3.1.3 静力学分析35-39
• 3.2 自动避让夹具气动系统的设计39-47
• 3.2.1 自动避让夹具气动系统工作要求39-40
• 3.2.2 拟定气动系统原理图40-42
• 3.2.3 气动系统的计算和气动元件的选择42-47
• 3.3 机械结构设计47-49
• 3.3.1 底板装置的设计47-48
• 3.3.2 吊环螺钉的设计48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 自动避让夹具电气控制系统研究50-69
• 4.1 电气控制系统控制要求和总体方案50-51
• 4.1.1 控制系统要求50
• 4.1.2 总体方案50-51
• 4.2 控制面板设计51-53
• 4.3 PLC模块的设计53-67
• 4.3.1 三菱FX3GA系列PLC概述53-55
• 4.3.2 气缸动作控制模块55-59
• 4.3.3 压力控制模块59-63
• 4.3.4 刀具位置坐标检测模块63-67
• 4.4 电-气控制柜设计67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 柔性夹具的试验研究69-78
• 5.1 试验准备69-72
• 5.1.1 工件试样69-70
• 5.1.2 试验设备70-72
• 5.1.3 试验方案72
• 5.2 试验过程72-75
• 5.2.1 装夹72-73
• 5.2.2 选择刀具规格并设定切削参数73-74
• 5.2.3 切削加工74-75
• 5.3 试验结果及分析75-77
• 5.3.1 振动对比试验结果及分析75-76
• 5.3.2 不同夹具装夹切削对比试验结果分析76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-82
• 致谢82-83

【参考文献】

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本文编号：734424