用于飛機零部件制造裝配的柔性工裝數(shù)控系統(tǒng)

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1、11用于飛機零部件制造裝配的柔性工裝數(shù)控系統(tǒng)郇　極　靳　陽　肖文磊(北京航空航天大學機械工程及自動化學院,北京,100191,中國摘要:研究了柔性工裝計算機數(shù)字控制Computernumericalcontrol,CNC系統(tǒng),該系統(tǒng)適于控制多種用于飛機零部件制造和配的柔性工裝設備。給出了柔性工裝的機械結構分類,分析了柔性工裝設備的控制需求。同時提出了一種CNC系統(tǒng)的硬件和軟件架構,并予以實現(xiàn)。該系統(tǒng)利用配置參數(shù)描述柔性工裝的機械結構。根據(jù)配置參數(shù),CNC系統(tǒng)可以自動生成其控制功能和人機界面(Humanmachinein

2、terface,HMI)操作功能。。將該CNC系統(tǒng)應用于某蒙皮-桁條裝配柔性工裝設備,結果證明了系統(tǒng)的有效性。關鍵詞:計算機數(shù)字控制;運動控制;飛機裝配;柔性工裝中圖分類號:TG659文獻標識碼：A文章編號:1005-1120(2012)01-0054-08簡介固定在飛機部件的重要工具制造和裝配。傳統(tǒng)的夾具固定結構。一個夾具是專用于一個裝配任務的。柔性夾具，也被稱為數(shù)控（NC）夾具，組成的基本平臺和數(shù)與夾具數(shù)控移動固定單位。夾具可以調(diào)整通過控制活動夾預編程的位置固定安裝不同的組件。因此，更少的設備用在飛機制造和裝配的柔

3、性夾具的需要。成本和占地空間也保存，同時獲得高質(zhì)量。它花費更少的時間重新配置相同的組件的族或重建不同產(chǎn)品之間。11柔性夾具是由電腦數(shù)值控制（CNC）系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)兩個缺點：（1）普通商用數(shù)控系統(tǒng)不能滿足數(shù)控設備的控制要求，因為它最多可以控制32驅(qū)動軸，例如，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)[4]和FANUC30i。然而，對一個柔性夾具的可移動的夾數(shù)達一百以上。此外，數(shù)控系統(tǒng)也需要高成本而不是用于柔性夾具的復雜控制功能。（2）數(shù)控系統(tǒng)的柔性夾具的開發(fā)，生產(chǎn)，很難應用到不同類型的夾具或夾具機制不同公司生產(chǎn)的。本文介紹了一種數(shù)控系統(tǒng)作為一

4、個通用的平臺，以滿足幾乎所有類型的數(shù)控設備的控制要求。軟件和硬件的控制系統(tǒng)體系結構的功能提供了滿足柔性夾具的大多數(shù)類型的要求。本文還分析了在飛機生產(chǎn)常用的柔性夾具控制要求的機制，提出了基于拓撲柔性數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線裝置的控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)最多可控制250個軸的坐標?？紤]到不同的柔性夾具的機制，提出了一種系統(tǒng)的配置方法。柔性夾具的機制是使用作為輸入到數(shù)控系統(tǒng)的配置參數(shù)描述。根據(jù)參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)自動生成的控制功能，尤其是人機界面（HMI）的定義的機制運行的功能。1柔性夾具的機制很多對柔性夾具的研究從1980年年中至1990年初

5、′′的美國研究的許多企業(yè)和研究機構如麥克唐奈道格拉斯和麻省理工學院完成了。目前，柔性夾具進行有效地用于飛機生產(chǎn)商：EADSCASA，波音和空客。三種主要類型的柔性夾具的機制通常在飛機的生產(chǎn)，如圖所示。1該機制可分為三種類型，根據(jù)運動的自由和組合夾具。111）單自由度（DOF）機制（圖。1。每個夾緊該機構只有一個自由度伺服電機控制，如銑削夾具。它是用于板料成形或飛機銑皮。2）兩自由度機構（圖。1（b））。每個夾緊本機構具有兩個自由度控制的伺服電動機分別，如。裝配夾具。3）三自由度機構（圖。1（C））。每個夾具這一機制有三

6、個自由度。兩個自由度伺服電機獨立控制，而第三個是控制連同其他一些夾由一個伺服電機，如鉚接夾具。它是用來固定鉆板或梁，銑削鉚接。1數(shù)控系統(tǒng)的要求為了滿足柔性夾具的要求，數(shù)控系統(tǒng)應具備的三個主要特征。2.1運動控制數(shù)控系統(tǒng)控制運動的所有卡箍的伺服電機，如圖所示。1，和執(zhí)行的數(shù)控程序，夾具可以編程速度達到最終位置。不同于常見的數(shù)控系統(tǒng)的機床，多軸插補是不需要的。只有各軸的最終位置應指定路徑，而夾具精度是不重要2.2系統(tǒng)配置數(shù)控系統(tǒng)應該提供給超過200個控制軸控制。它必須適用于三種類型的機制，根據(jù)1章的分析結果。數(shù)控系統(tǒng)提供了

7、以下功能滿足要求：1）根據(jù)柔性夾具夾緊軸分組機制，人機界面。2）自動生成包括人機界面，操作，顯示，診斷，和功能的數(shù)據(jù)文件的編輯。111）驅(qū)動軸和編程控制軸之間的映射。2.3驅(qū)動通信。數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線連接使用，適合長距離、多設備控制的伺服驅(qū)動器。伺服驅(qū)動的產(chǎn)品采用不同的通信協(xié)議和拓撲結構的伺服驅(qū)動器制造商提供。這是必要的，該系統(tǒng)能與不同類別的通信和拓撲結構的伺服驅(qū)動產(chǎn)品。3數(shù)控系統(tǒng)體系結構數(shù)控系統(tǒng)的體系結構如圖2所示。它由四個基本模塊，即，HMI，數(shù)控功能的內(nèi)核，現(xiàn)場總線通信，和伺服驅(qū)動。HMI和NC核函數(shù)實現(xiàn)了軟件集成

8、的工業(yè)PC。基于PC機的人機界面，提供操作界面和功能。數(shù)控功能的內(nèi)核是一個軟件模塊，包括數(shù)控功能系列?，F(xiàn)場總線通信連接數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動。通常，兩種類型的網(wǎng)絡拓撲結構是由伺服manufacturerin圖3提供的。1）總線型伺服驅(qū)動器有開放的接口和協(xié)議的用戶，可以直接與數(shù)控系統(tǒng)通信，如圖所示。2）樹型：伺服驅(qū)動器只使用公司內(nèi)部的現(xiàn)