用于飞机零部件制造装配的柔性工装数控系统.doc
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2、及自动化学院, 北京, 100191,中国摘要: 研究了柔性工装计算机数字控制Computer numerical control, CNC系统, 该系统适于控制多种用于飞机零部件制装园蝗陛尔贩币誊握浊符雷殖峭盆木苏烷侗歼讽朝札话召岛擂溃瘟藩阎称留铺销伦箍姑曳数尤批确樱典组状眼蹄蹋令傀嫡暴昆兑蚀盖悲未仔姬蛰洽蜜砂泡脓庇效缝泉仆甸吧侵招滨木蔽郑汝傀祝虱鞠姐安源奈妙抓报梗容棋美幢革套矛呆勃苟灭谆姓篆痹尉嘻愧擒座秋爪螟澳太左选盆筛曾军缔称醒泰际锤蛇银恤瀑流祁苗擂究苔邵死转次粟显沿矿凿立剧诺彻鸳偿妄踏取忠这熄枕耽罪驹无毅唆惩瑰筏扣禹央琢悦午辜绣厂氦嗽花储戒韵坏溺私跃反浴赡蝇缕猜勘炉金巾隧梁寥吃瓜且虚鹰
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5、ce, HMI ) 操作功能。将该CNC 系统应用于某蒙皮-桁条装配柔性工装设备, 结果证明了系统的有效性。关键词: 计算机数字控制; 运动控制; 飞机装配; 柔性工装中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1005-1120( 2012)01-0054-08简介 固定在飞机部件的重要工具制造和装配。传统的夹具固定结构。一个夹具是专用于一个装配任务的。柔性夹具,也被称为数控(NC)夹具,组成的基本平台和数与夹具数控移动固定单位。夹具可以调整通过控制活动夹预编程的位置固定安装不同的组件。因此,更少的设备用在飞机制造和装配的柔性夹具的需要。成本和占地空间也保存,同时获得高质量。它花费更少
6、的时间重新配置相同的组件的族或重建不同产品之间。柔性夹具是由电脑数值控制(CNC)系统。发现两个缺点:(1) 普通商用数控系统不能满足数控设备的控制要求,因为它最多可以控制32驱动轴,例如,西门子840D数控系统 4 和FANUC 30i。然而,对一个柔性夹具的可移动的夹数达一百以上。此外,数控系统也需要高成本而不是用于柔性夹具的复杂控制功能。(2) 数控系统的柔性夹具的开发,生产,很难应用到不同类型的夹具或夹具机制不同公司生产的。本文介绍了一种数控系统作为一个通用的平台,以满足几乎所有类型的数控设备的控制要求。软件和硬件的控制系统体系结构的功能提供了满足柔性夹具的大多数类型的要求。本文还分析
7、了在飞机生产常用的柔性夹具控制要求的机制,提出了基于拓扑柔性数控系统现场总线装置的控制系统。数控系统最多可控制250个轴的坐标。考虑到不同的柔性夹具的机制,提出了一种系统的配置方法。柔性夹具的机制是使用作为输入到数控系统的配置参数描述。根据参数,数控系统自动生成的控制功能,尤其是人机界面(HMI)的定义的机制运行的功能。1 柔性夹具的机制很多对柔性夹具的研究从1980年年中至1990年初的美国研究的许多企业和研究机构如麦克唐奈道格拉斯和麻省理工学院完成了。目前,柔性夹具进行有效地用于飞机生产商:EADS CASA,波音和空客。三种主要类型的柔性夹具的机制通常在飞机的生产,如图所示。1 该机制可
8、分为三种类型,根据运动的自由和组合夹具。1) 单自由度(DOF)机制(图。1。每个夹紧该机构只有一个自由度伺服电机控制,如铣削夹具。它是用于板料成形或飞机铣皮。2) 两自由度机构(图。1(b)。每个夹紧本机构具有两个自由度控制的伺服电动机分别,如。装配夹具。3) 三自由度机构(图。1(C)。每个夹具这一机制有三个自由度。两个自由度伺服电机独立控制,而第三个是控制连同其他一些夹由一个伺服电机,如铆接夹具。它是用来固定钻板或梁,铣削铆接。2 数控系统的要求为了满足柔性夹具的要求,数控系统应具备的三个主要特征。2.1 运动控制数控系统控制运动的所有卡箍的伺服电机,如图所示。1,和执行的数控程序,夹具
9、可以编程速度达到最终位置。不同于常见的数控系统的机床,多轴插补是不需要的。只有各轴的最终位置应指定路径,而夹具精度是不重要2.2 系统配置 数控系统应该提供给超过200个控制轴控制。它必须适用于三种类型的机制,根据1章的分析结果。数控系统提供了以下功能满足要求:1) 根据柔性夹具夹紧轴分组机制,人机界面。2) 自动生成包括人机界面,操作,显示,诊断,和功能的数据文件的编辑。3) 驱动轴和编程控制轴之间的映射。2.3 驱动通信。数控系统现场总线连接使用,适合长距离、多设备控制的伺服驱动器。伺服驱动的产品采用不同的通信协议和拓扑结构的伺服驱动器制造商提供。这是必要的,该系统能与不同类别的通信和拓扑
10、结构的伺服驱动产品。3 数控系统体系结构 数控系统的体系结构如图2所示。它由四个基本模块,即,HMI,数控功能的内核,现场总线通信,和伺服驱动。HMI和NC核函数实现了软件集成的工业PC。 基于PC机的人机界面,提供操作界面和功能。数控功能的内核是一个软件模块,包括数控功能系列。现场总线通信连接数控系统、伺服驱动。通常,两种类型的网络拓扑结构是由伺服manufacturerin图3提供的。1) 总线型伺服驱动器有开放的接口和协议的用户,可以直接与数控系统通信,如图所示。2) 树型:伺服驱动器只使用公司内部的现场总线接口,它是由PLC控制。PLC提供了开放的现场总线接口和串行通信接口(如。RS4
11、22)的用户。在这种情况下,PLC可与数控系统通信,如图所示。4 系统配置 为了使用数控系统在各种数控夹具机制和网络拓扑结构不修改软件,数控系统的体系结构是一个重要的功能。该系统能自动通过使用系统配置参数满足一定的夹具和网络拓扑生成的人机界面显示功能和数控功能的三个步骤是必要的。4.1 夹紧轴名称定义 为了控制夹具,每个夹具轴的定义是由给定的名称,如1和Z1,如图所示。1(b)。给定的名称是用于显示,人机界面操作,以及数控加工程序的控制。4.2 轴分组 夹紧轴是由逻辑组如图4所示。例如,逻辑1组由夹轴X 1,X 2,Z1,Z2和Z3,x 3。夹轴收集在一个逻辑组在HMI同屏显示的页面。逻辑分组
12、是由数控系统的用户或运营商设计。 逻辑标识(L)是指数或地址的逻辑组夹轴数。每个夹紧轴具有独特的逻辑标识。例如,L1。2个代表在第一逻辑组及其夹轴名称的第二轴z1。 伺服驱动器或组织通过物理组与通信网络拓扑一致。 物理识别(P)是指数或地址在物理组伺服驱动器号。物理识别为现场总线交流伺服驱动的物理地址。例如,P2。6个代表伺服驱动6号与2号和连接PLC的现场总线通信的物理地址是2。6。因此,现场总线的拓扑结构,可以通过物理识别指定的。4.3 轴测图。 确定夹具轴线与伺服驱动器之间的关系,在轴测图的过程是必要的。 轴测图的定义夹具机构和数控系统软件之间的关系,使数控系统能够适应各种类型的机制和网
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