柔性工装平台设计与控制系统开发

发布时间：2017-08-28 19:31

  本文关键词：柔性工装平台设计与控制系统开发

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【摘要】：柔性工装由于能适应工件形状和尺寸变化,在很多领域得到了应用,如航空结构件加工、航空曲面件加工、飞机装配等。柔性工装的使用,大大降低了制造成本、提高了生产效率。本文以中小型结构件为对象,研究了柔性工装平台的设计方法,完成了控制系统的开发,分析了柔性工装重构的关键技术。本文考虑飞机制造实际需求,设计了能适用于不同特征的中小型结构件加工的模块化柔性工装系统。系统提供了一系列通用或专用的功能模块,可以供操作人员根据具体情况搭建出适合工件加工的柔性工装。考虑到柔性工装系统与数控机床的协同需要,研究了工装系统与西门子840D数控系统的三种通信方法,并基于OPC技术开发了通信软件,实现了工装控制系统与西门子840D数控系统的通信。为了实现柔性工装系统的控制,提出了基于CAN总线的控制方案;为了让上位机PC端和各下位机节点模块在CAN网络中各司其职,根据系统安全、稳定、可扩展的内在要求,对CAN网络中各指令标识符进行了分配,从而确保了系统的稳定运行。基于柔性工装平台,以薄壁框类和薄壁曲面类结构为例对工装进行了重构,着重对重构中的关键技术进行了研究。对于薄壁框类结构,通过有限元仿真说明了采用随动支撑技术的必要性,并且从随动支撑模块变形、工件加工变形、随动支撑路径以及工件-随动支撑系统模态四个方面进行了有限元仿真分析,验证了在柔性工装中采用随动支撑模块的可行性。对于薄壁曲面结构,研究了工装重构中定位点确定、工装布局和夹紧力设计问题,设计了基于有限元方法的布局优化算法,在考虑收敛速度的基础上,提高了工件支撑刚度,减小了加工变形,从而保证重构工装更加可靠。
【关键词】：柔性工装 OPC 多轴控制 布局优化 CAN总线 有限元
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景及意义12
• 1.2 柔性工装国内外现状分析12-15
• 1.3 自适应夹具国内外研究现状分析15-17
• 1.4 柔性工装运动控制系统的研究现状分析17-18
• 1.5 本文的研究内容及章节安排18-20
• 第二章 柔性工装系统平台设计20-32
• 2.1 柔性工装平台方案20-21
• 2.2 柔性工装各模块设计21-29
• 2.2.1 通用模块设计21-24
• 2.2.2 专用模块设计24-29
• 2.3 柔性工装的控制系统设计29-31
• 2.3.1 柔性工装系统与数控系统通信方案设计29-30
• 2.3.2 柔性工装运动控制方案的设计30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 柔性工装系统通信系统的设计32-44
• 3.1 西门子 840D数控系统结构32-34
• 3.2 840D OPC数据访问技术34-38
• 3.2.1 840D OPC数据访问方式34-35
• 3.2.2 840D OPC数据访问接口35-36
• 3.2.3 840D数控系统的变量结构36-38
• 3.2.4 变量的访问与测试38
• 3.3 OPC客户端程序开发流程38-41
• 3.4 系统控制软件与数控系统的通信41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 柔性工装运动控制系统开发44-57
• 4.1 总线网络的搭建44-52
• 4.1.1 CAN总线协议简介44-45
• 4.1.2 CAN控制器使用要点45-48
• 4.1.3 USB转CAN的实现48-49
• 4.1.4 电机节点模块的设计49-51
• 4.1.5 电气比例阀节点模块的设计51-52
• 4.2 CAN网络标识符的分配52-53
• 4.3 上位机对CAN网络的控制53-54
• 4.4 平台精度测试54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 柔性工装重构中的关键技术研究57-76
• 5.1 框类结构的随动支撑及仿真技术57-65
• 5.1.1 框类结构加工的随动支撑结构57-58
• 5.1.2 随动支撑模块分析58-59
• 5.1.3 随动支撑对工件加工变形的影响59-61
• 5.1.4 随动支撑路径分析61-63
• 5.1.5 工件-随动支撑系统模态分析63-65
• 5.2 薄壁曲面结构在柔性工装重构中的模块布局技术65-70
• 5.2.1 空间曲面的定位原理与实现66-67
• 5.2.2 柔性工装布局和夹紧力设计67-69
• 5.2.3 柔性工装装夹薄壁曲面工件69-70
• 5.3 薄壁曲面结构在柔性工装重构后的布局优化技术70-74
• 5.3.1 多点定位/支撑阵列工装的数学简化70-71
• 5.3.2 布局优化算法构建步骤71-72
• 5.3.3 布局优化算法实例72-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文83-84
• 附录一84-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 向兵飞;黄晶;许家明;周鑫;李迎光;郝小忠;;蒙皮铣削镜像顶撑技术研究[J];制造技术与机床;2015年04期

2 徐明;向兵飞;李响;汪洋华;兰惠;;蒙皮镜像铣切系统及先进制造工艺的应用[J];制造技术与机床;2014年11期

3 王君元;李春明;;WinCC flexible在人机界面组态中的应用[J];可编程控制器与工厂自动化;2014年10期

4 姚洁;李东升;胡福文;李小强;;蒙皮柔性夹持数控切边的有限元分析方法及系统开发[J];中国机械工程;2012年14期

5 胡福文;李东升;李小强;朱明华;;蒙皮柔性夹持数控切边的工艺设计方法[J];北京航空航天大学学报;2012年05期

6 胡福文;李东升;李小强;朱明华;;面向飞机蒙皮柔性夹持数控切边的定位仿真系统及应用[J];计算机集成制造系统;2012年05期

7 吴艳花;雷俊杰;;基于840D数控系统的人机界面二次开发[J];机床与液压;2011年10期

8 张志国;徐学民;;MMS:新型绿色蒙皮加工系统[J];航空制造技术;2010年19期

9 门延武;周凯;;飞行器智能柔性工装无线控制系统[J];航空学报;2010年02期

10 李东升;胡福文;李小强;肖军杰;朱明华;桑阳;徐应强;;基于可重构柔性工装夹持的飞机蒙皮数控切边关键技术及发展[J];航空制造技术;2009年23期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郭魂;航空多框整体结构件铣削变形机理与预测分析研究[D];南京航空航天大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 储晓承;开放式CNC机床加工过程状态监测技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

2 甄瑞;飞机蒙皮加工柔性夹具控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

3 吴艳花;基于VB下西门子840D数控系统界面的二次开发[D];兰州理工大学;2005年

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本文编号：749096