增减材机床运动学分析及数控系统开发

发布时间：2020-05-03 16:08

【摘要】：目前,大型舰船在远洋航行时,如果遇到零件损坏的情况,只能采用更换备用零件后坞修的方式。这种方式需要舰船携带大量备用零件,不仅需要占用大量空间,并且经常会面临“带的没用上,用的没带上”等情况。为此,急需一款能够在舰船上使用,对零件进行现场修复的设备。本课题针对目前舰船上大型零件现场修复存在的问题,充分考虑大型零件修复设备所需要达到的大刚度,高柔性和广包络范围的技术要求,提出了研制一款增材制造与减材加工一体化的机床用于对受损零件进行修复的方式。本文主要对该机床的关键技术进行了以下工作:首先,根据增减材机床的技术要求,对增减材机床研制和开发制定了整体方案,规划了机床的结构分析,运动学分析和数控系统方案。其次,根据机床所需要达到的技术要求进行分析,确定了机床所采用的结构方案;按照模块化的思想对机床各个模块进行了分析和驱动轴行程确定;采用虚拟样机的方式,对机床的标准件进行了选型以及对并联机构平台的刚度分析,通过对并联机构和单支杆机构的刚度对比探讨,确保了机床刚度达到设计要求。再次,根据增减材机床的机构,对机床进行参数化数学建模;采用了空间坐标变换和数值求解相关方法对机床的运动学正逆解进行了解算,并借助仿真软件进行了正逆解算法准确性的验证;提出了一种改进的极坐标工作空间搜索方法,对增减材机床的工作空间进行了求解;根据正解算法,对机床各参数偏差对刀头点精度影响进行了探讨。最后,在PA8000数控系统平台上,完成了人机界面开发,包括虚实轴坐标和虚拟面板等个性化控件开发等;数控系统Compile Cycles开放式接口开发,将运动学算法嵌入到该接口中,实现了运动控制的功能;对PLC程序进行了设计,实现了机床的逻辑控制;完成了伺服接线图的绘制,对PA8000中的机床参数进行了配置,为PA系统运动控制的调试做好了准备工作。
【图文】：

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本课题来自于与装备再制造技术国防科技重点实验室合作项目:零件现场增维修复合加工技术。哈尔滨工业大学承担部分为：（1）大刚度、高柔性、广包围的增减材复合加工设备构建；（2）增减材复合加工过程的智能融合与联动控术。本课题主要完成第一部分的相关内容。随着科学技术的发展，人们对自然的探索领域从陆地扩展到更为广阔的天空洋。当人们在海洋航行时，如遇到轮船零件损坏，仍以“换件修理”为主，维障成本高，且由于零件的多样性、复杂性及损坏零件的突发性和随机性，经常“带的没用上，用的没带上”的问题。尤其是在我国提出建设海洋强国的概念，对于轮船上的大型零件的现场修复技术的研究是关乎海洋运载的重要基础，洋强国的工程和科技支撑[1]，具有重要战略意义。因此损伤零件现场维修技术更加迫切。大型船只经常在高湿、高盐分、重载荷及循环交变应力等环境下航行零件腐蚀、磨损、疲劳等损伤失效情形加剧[2]。对于体积重量较大的损伤零件空间及辅助设施限制，且缺乏现场抢修技术手段，从而影响轮船的正常工作。的轮船零件损伤形式如图 1-1 所示。

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文达到“修旧胜新，无中生有”的目的，实现设备的修复。所以有必要研发出一款增减材机床，结合增材成形和减材加工过程[5-10]，可现通过该机床随时修复需要的零部件，而不需要再大量携带成型的零部件，即空间又无法保证所带即所需。因此，通过轮船来携带增减材机床用以对损伤零复可以降低维修备件携行量和存量，减少备件保障费用，解决备件获取难和费等难题，，具有重要的意义。.2 国内外增减材技术研究现状国外对于增减材技术的研究较早，早在 2001 年美国就已经研发出在陆地上移动零件医院”[11]（Mobile Parts Hospital, MPH），当时的增减材装置是分体式，在第一个方舱搭载激光沉积近净成形设备，用于零件增材成形；第二个方舱任务加工中心，用于成形后零件机械精加工，如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.707

【参考文献】