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1、11用于飛機(jī)零部件制造裝配的柔性工裝數(shù)控系統(tǒng)郇 極 靳 陽(yáng) 肖文磊(北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,北京,100191,中國(guó)摘要:研究了柔性工裝計(jì)算機(jī)數(shù)字控制Computernumericalcontrol,CNC系統(tǒng),該系統(tǒng)適于控制多種用于飛機(jī)零部件制造和配的柔性工裝設(shè)備。給出了柔性工裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)分類(lèi),分析了柔性工裝設(shè)備的控制需求。同時(shí)提出了一種CNC系統(tǒng)的硬件和軟件架構(gòu),并予以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)利用配置參數(shù)描述柔性工裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)配置參數(shù),CNC系統(tǒng)可以自動(dòng)生成其控制功能和人機(jī)界面(Humanmachinein
2、terface,HMI)操作功能。。將該CNC系統(tǒng)應(yīng)用于某蒙皮-桁條裝配柔性工裝設(shè)備,結(jié)果證明了系統(tǒng)的有效性。關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)數(shù)字控制;運(yùn)動(dòng)控制;飛機(jī)裝配;柔性工裝中圖分類(lèi)號(hào):TG659文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):1005-1120(2012)01-0054-08簡(jiǎn)介固定在飛機(jī)部件的重要工具制造和裝配。傳統(tǒng)的夾具固定結(jié)構(gòu)。一個(gè)夾具是專(zhuān)用于一個(gè)裝配任務(wù)的。柔性?shī)A具，也被稱(chēng)為數(shù)控（NC）夾具，組成的基本平臺(tái)和數(shù)與夾具數(shù)控移動(dòng)固定單位。夾具可以調(diào)整通過(guò)控制活動(dòng)夾預(yù)編程的位置固定安裝不同的組件。因此，更少的設(shè)備用在飛機(jī)制造和裝配的柔
3、性?shī)A具的需要。成本和占地空間也保存，同時(shí)獲得高質(zhì)量。它花費(fèi)更少的時(shí)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?shī)A具是由電腦數(shù)值控制（CNC）系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）普通商用數(shù)控系統(tǒng)不能滿(mǎn)足數(shù)控設(shè)備的控制要求，因?yàn)樗疃嗫梢钥刂?2驅(qū)動(dòng)軸，例如，西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)[4]和FANUC30i。然而，對(duì)一個(gè)柔性?shī)A具的可移動(dòng)的夾數(shù)達(dá)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?shī)A具的復(fù)雜控制功能。（2）數(shù)控系統(tǒng)的柔性?shī)A具的開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)，很難應(yīng)用到不同類(lèi)型的夾具或夾具機(jī)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(gè)通用的平臺(tái)，以滿(mǎn)足幾乎所有類(lèi)型的數(shù)控設(shè)備的控制要求。軟件和硬件的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的功能提供了滿(mǎn)足柔性?shī)A具的大多數(shù)類(lèi)型的要求。本文還分析了在飛機(jī)生產(chǎn)常用的柔性?shī)A具控制要求的機(jī)制，提出了基于拓?fù)淙嵝詳?shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置的控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)最多可控制250個(gè)軸的坐標(biāo)?？紤]到不同的柔性?shī)A具的機(jī)制，提出了一種系統(tǒng)的配置方法。柔性?shī)A具的機(jī)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(dòng)生成的控制功能，尤其是人機(jī)界面（HMI）的定義的機(jī)制運(yùn)行的功能。1柔性?shī)A具的機(jī)制很多對(duì)柔性?shī)A具的研究從1980年年中至1990年初
5、′′的美國(guó)研究的許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)如麥克唐奈道格拉斯和麻省理工學(xué)院完成了。目前，柔性?shī)A具進(jìn)行有效地用于飛機(jī)生產(chǎn)商：EADSCASA，波音和空客。三種主要類(lèi)型的柔性?shī)A具的機(jī)制通常在飛機(jī)的生產(chǎn)，如圖所示。1該機(jī)制可分為三種類(lèi)型，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的自由和組合夾具。111）單自由度（DOF）機(jī)制（圖。1。每個(gè)夾緊該機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度伺服電機(jī)控制，如銑削夾具。它是用于板料成形或飛機(jī)銑皮。2）兩自由度機(jī)構(gòu)（圖。1（b））。每個(gè)夾緊本機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度控制的伺服電動(dòng)機(jī)分別，如。裝配夾具。3）三自由度機(jī)構(gòu)（圖。1（C））。每個(gè)夾具這一機(jī)制有三
6、個(gè)自由度。兩個(gè)自由度伺服電機(jī)獨(dú)立控制，而第三個(gè)是控制連同其他一些夾由一個(gè)伺服電機(jī)，如鉚接夾具。它是用來(lái)固定鉆板或梁，銑削鉚接。1數(shù)控系統(tǒng)的要求為了滿(mǎn)足柔性?shī)A具的要求，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具備的三個(gè)主要特征。2.1運(yùn)動(dòng)控制數(shù)控系統(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)的所有卡箍的伺服電機(jī)，如圖所示。1，和執(zhí)行的數(shù)控程序，夾具可以編程速度達(dá)到最終位置。不同于常見(jiàn)的數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，多軸插補(bǔ)是不需要的。只有各軸的最終位置應(yīng)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(yīng)該提供給超過(guò)200個(gè)控制軸控制。它必須適用于三種類(lèi)型的機(jī)制，根據(jù)1章的分析結(jié)果。數(shù)控系統(tǒng)提供了
7、以下功能滿(mǎn)足要求：1）根據(jù)柔性?shī)A具夾緊軸分組機(jī)制，人機(jī)界面。2）自動(dòng)生成包括人機(jī)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(dòng)軸和編程控制軸之間的映射。2.3驅(qū)動(dòng)通信。數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線連接使用，適合長(zhǎng)距離、多設(shè)備控制的伺服驅(qū)動(dòng)器。伺服驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品采用不同的通信協(xié)議和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的伺服驅(qū)動(dòng)器制造商提供。這是必要的，該系統(tǒng)能與不同類(lèi)別的通信和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。3數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由四個(gè)基本模塊，即，HMI，數(shù)控功能的內(nèi)核，現(xiàn)場(chǎng)總線通信，和伺服驅(qū)動(dòng)。HMI和NC核函數(shù)實(shí)現(xiàn)了軟件集成
8、的工業(yè)PC?；赑C機(jī)的人機(jī)界面，提供操作界面和功能。數(shù)控功能的內(nèi)核是一個(gè)軟件模塊，包括數(shù)控功能系列?，F(xiàn)場(chǎng)總線通信連接數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)。通常，兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由伺服manufacturerin圖3提供的。1）總線型伺服驅(qū)動(dòng)器有開(kāi)放的接口和協(xié)議的用戶(hù)，可以直接與數(shù)控系統(tǒng)通信，如圖所示。2）樹(shù)型：伺服驅(qū)動(dòng)器只使用公司內(nèi)部的現(xiàn)
