泵體零件機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)說明書
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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)
外 文 翻 譯
原 文 標(biāo) 題
Design and Application of Flexible Fixture
譯 文 標(biāo) 題
柔性夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
作者所在系別
機(jī)電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
作者所在班級(jí)
B13113
作 者 姓 名
張海寧
作 者 學(xué) 號(hào)
20134011312
指導(dǎo)教師姓名
張海寧
指導(dǎo)教師職稱
教授
完 成 時(shí) 間
2017
年
3
月
3
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
— 0 —
譯文標(biāo)題
柔性夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
原文標(biāo)題
Design and Application of Flexible Fixture
作 者
Hui Li;
譯 名
李輝
國 籍
中國
原文出處
中國知網(wǎng)
譯文:
摘要:柔性夾具是因?yàn)樗苓m應(yīng)工件的形狀和大小的變化,在許多領(lǐng)域的應(yīng)用,如飛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、零部件制造、表面和空氣的零件制造、飛機(jī)裝配。由于柔性夾具的使用,大大降低了制造成本,提高生產(chǎn)效率。在本文中,柔性夾緊平臺(tái)設(shè)計(jì)的研究和應(yīng)用表明,例。通過比較模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)柔性夾具的后續(xù)支持具有較高的精度。
關(guān)鍵詞:柔性夾具,多軸控制,
1.簡介
柔性夾具是數(shù)控機(jī)床或加工中心用于夾緊工件的不同。柔性夾具分為兩類:一是傳統(tǒng)的柔性夾具,和其他與創(chuàng)新原理和結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代柔性夾具。傳統(tǒng)的柔性夾具分為可調(diào)夾具和組合夾具,和現(xiàn)代柔性夾具主要包括:相變材料的夾具,夾具和夾具模塊化程序控制的自適應(yīng)。因?yàn)榈偷撵`活性,傳統(tǒng)的柔性夾具不能滿足高要求的現(xiàn)代制造業(yè)?,F(xiàn)代柔性夾具系統(tǒng)以其靈活性高、擴(kuò)展和重構(gòu)的特點(diǎn),精度高,已逐漸成為主流。
例如,美國、西班牙等國家率先采用模塊化程序控制夾具。柔性夾具系統(tǒng)和多了。在1991年,Horst Witte Geratebau在德國開發(fā)了化學(xué)模塊系統(tǒng)。在1994至2001,可公司研發(fā)的柔性夾具系統(tǒng)基于POGOunit,提供一個(gè)靈活、敏捷的解決方案已被施加一些航空制造企業(yè)。1997,諾斯洛普公司在美國制造的龍門機(jī)床夾具可重構(gòu)系統(tǒng)。2004,M. Torres在西班牙開發(fā)了柔性工裝系統(tǒng)稱為老爹便和龍門銑床命名老爹的笑容,這都是在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。
飛機(jī)的零件制造工藝復(fù)雜、類型。雖然對(duì)飛機(jī)制造的大尺度結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用,仍然有大量的中小型零件。傳統(tǒng)的模具由于其復(fù)雜性和獨(dú)特性,已不能應(yīng)用于中小型結(jié)構(gòu)??芍貥?gòu)模塊化柔性夾具,可以解決這些問題。
本文的主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)由組合夾具單元組成的柔性夾具平臺(tái)。
2. 柔性夾具的組成
提高柔性,柔性夾具平臺(tái)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,提供一系列的工具模塊,可根據(jù)加工工件的特點(diǎn),重構(gòu)。
圖1顯示的柔性夾具平臺(tái),主要模塊包括:定位模塊、自適應(yīng)定位模塊,旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸模塊、自適應(yīng)抽油模塊,后續(xù)支持模塊和輔助模塊。定位模塊和自適應(yīng)定位模塊通過螺栓調(diào)整位置高度實(shí)現(xiàn)定位和功能安裝在輔助模塊。旋轉(zhuǎn)夾緊缸模塊也安裝在輔助模塊通過螺栓來適應(yīng)不同的夾持高度。自適應(yīng)吸盤或后續(xù)支持模塊安裝在柔性支撐柱吸附或支持工件。
3.柔性夾具控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
柔性夾具系統(tǒng)的靈活性主要體現(xiàn)在重構(gòu)和系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng),盡可能地提高工裝控制系統(tǒng)可擴(kuò)展性。刀具運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是盡可能地提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和可靠性的工裝、控制系統(tǒng)。有三種方式實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)動(dòng)控制。1。伺服運(yùn)動(dòng)控制是基于數(shù)控系統(tǒng);2。伺服運(yùn)動(dòng)控制是基于PC機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡;3、伺服運(yùn)動(dòng)控制是基于PLC的脈沖產(chǎn)生module.cnc伺服系統(tǒng)主要用于數(shù)控機(jī)床,具有控制精度高、可實(shí)現(xiàn)多軸同步聯(lián)動(dòng),以及加速和減速功能F。PC運(yùn)動(dòng)控制卡的程序的成本低于它的數(shù)控伺服控制。用戶應(yīng)插入PC板的運(yùn)動(dòng)控制卡為PCI插槽,然后調(diào)用由文特爾提供的庫函數(shù)的運(yùn)動(dòng)控制功能。方法應(yīng)用廣泛,但軸的數(shù)量是有限的,一般不超過8 axes.plc脈沖產(chǎn)生模塊的控制,可以收集更多的點(diǎn),具有良好的穩(wěn)定性。但脈沖產(chǎn)生模塊的數(shù)量可以配備每個(gè)PLC的限制。為了控制更多的軸,方法是增加PLC。所以多軸控制系統(tǒng),成本較高。
柔性夾具是因?yàn)樗苓m應(yīng)工件的形狀和大小的變化,在許多領(lǐng)域的應(yīng)用,如飛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、零部件制造、表面和空氣的零件制造、飛機(jī)裝配。由于柔性夾具的使用,大大降低了制造成本,提高生產(chǎn)效率。在本文中,柔性夾緊平臺(tái)設(shè)計(jì)的研究和應(yīng)用表明,例。通過比較模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)柔性夾具的后續(xù)支持具有較高的精度。
考慮到靈活性和柔性夾具的可擴(kuò)展性,顯然,傳統(tǒng)的非總線控制方式在控制系統(tǒng)的要求,因此適合采用guc-t多軸運(yùn)動(dòng)控制方案。雖然硬件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)位移的擴(kuò)展,軟件不能添加支持模塊時(shí),該軟件不能適應(yīng)改造后的系統(tǒng),需要結(jié)束寫。去除支撐模塊后,系統(tǒng)會(huì)報(bào)警,影響其他模塊的運(yùn)行。該系統(tǒng)是分布式架構(gòu),和控制器的控制點(diǎn)和軸線控制命令。同時(shí),該計(jì)劃要求的軸驅(qū)動(dòng)模塊和I/O模塊支持總線模塊,這無疑會(huì)增加系統(tǒng)的成本
該控制方案在某些方面有所改進(jìn),總線節(jié)點(diǎn)控制層添加到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使軸回到零或加速和減速??刂乒?jié)點(diǎn)層接收和解碼的控制命令執(zhí)行相應(yīng)的操作電腦。PC坐標(biāo)軸的位置關(guān)系而不是控制軸的特定動(dòng)作協(xié)調(diào)通信系統(tǒng)的功能。此外,放棄高層次的總線協(xié)議在上述程序。CAN總線控制而不是可以開放協(xié)議適用于該程序,因?yàn)榭梢詏penp協(xié)議過于復(fù)雜,要在程序中使用。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn),開發(fā)了一系列的協(xié)議實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)使總線負(fù)載互連達(dá)到最低值。由于節(jié)點(diǎn)控制層的增加,降低了PC控制的實(shí)時(shí)性,使得PC機(jī)作為上位機(jī)。另一方面,主機(jī)發(fā)送和接收軟件通過以太網(wǎng)通信較CNC系統(tǒng),另一方面,它作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)行為的主要作用。改進(jìn)后的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
OPC服務(wù)器和客戶端在數(shù)控機(jī)床的PCU運(yùn)行,而PC機(jī)控制軟件在PC機(jī)上軸位置坐標(biāo)的運(yùn)行和切換命令的形成軌跡規(guī)劃模塊封裝成可以通過驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)據(jù)格式。他們將被發(fā)送到PC的USB端口,然后轉(zhuǎn)化到CAN數(shù)據(jù)幀。CAN節(jié)點(diǎn)接收并解析CAN數(shù)據(jù)幀驅(qū)動(dòng)模塊來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。
4. 柔性夾具應(yīng)用實(shí)例
框架結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體,如圖4所示,是中性的臉。傳統(tǒng)的工具是很難支持對(duì)方在支持一方的工件,當(dāng)它被切割,和柔性夾具重構(gòu)模具的加工工件的快速。
型薄壁框架結(jié)構(gòu),柔性夾具平臺(tái)將被重構(gòu)為下圖所示。長度和工件的寬度約為760×670mm。工件的材料7050-t7351鋁合金預(yù)拉伸板。工件支撐和固定的支撐柱四真空吸盤。在處理區(qū)分開,中間支撐柱的末端執(zhí)行器的后續(xù)支持如下的軌跡球工具增加局部剛度和減小加工變形。
在圖5中,后續(xù)支持球應(yīng)該是在理想狀態(tài)下的工具,但實(shí)際上它是由于的采集控制部分的遲滯現(xiàn)象的工具背后的位置。因?yàn)閷?shí)際的滯后時(shí)間小于,如果進(jìn)給量為600mm/min,后續(xù)支撐點(diǎn)就落后的工具小于10mm。在這種情況下,有限元模擬可以計(jì)算出工件的夾具
工件被壓縮的殼和殼吸附安裝球里面,所以工件夾緊點(diǎn)簡化為固定約束的有限元模型。的尼龍球的下部是假設(shè)為固定約束。在圖6中,當(dāng)后續(xù)支撐點(diǎn)后面10mm左右的工具,最大變形發(fā)生在刀具的前。在這種情況下,最大的不超過0.014mm符合要求的加工公差范圍。由于工件的特點(diǎn),中間部分的剛度較高。沒有后續(xù)的支持,加工區(qū)域的最大變形量小于0.11mm(圖7),也符合要求。因此,后續(xù)支持在加工區(qū)不重要。
在圖8中,當(dāng)研磨工件邊緣不支持,在加工點(diǎn)處的變形將2.5mm,不滿足加工精度要求。在邊框固定的支撐柱,當(dāng)距離加工點(diǎn)和支撐柱力達(dá)60mm之間,變形是0.32mm,不滿足加工精度要求(圖9)。因此,添加動(dòng)態(tài)支持
由于工件邊緣的剛度,后續(xù)支持而不是單一的固定點(diǎn)支持滿足要求。而假設(shè)加工進(jìn)給速度為600mm/min和后續(xù)的支撐點(diǎn),將在工具小于10mm,工件在切削點(diǎn)的變形量小于0.03mm,充分滿足為支持和工件系統(tǒng)的改進(jìn),六階固有頻率的有限元分析如表1和圖12所示的分析。
當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為10000r/min,銑削工具3螺旋圓柱銑刀的銑削力的時(shí)期,為500。工件的變形顯示為圖13.
工件的最大變形量為遠(yuǎn)離加工區(qū),0.28mm。加工點(diǎn)附近的最大變形量小于0.03mm,滿足加工要求。銑削力頻率對(duì)工件變形的影響如圖14所示。在低頻區(qū),工件變形與銑削力的頻率增加。當(dāng)頻率330hz,變形達(dá)到最大值和工件產(chǎn)生共鳴與支持系統(tǒng)。當(dāng)頻率為400Hz,變形達(dá)到最小值。然后在640hz頻率達(dá)到最大值后減小。因此,當(dāng)選擇銑削速度,避免工件的固有頻率和支持系統(tǒng),防止共振。
5. 結(jié)論
柔性夾具模塊具有高彈性的特點(diǎn),高度的靈活性和可擴(kuò)展性強(qiáng),符合要求,在加工特殊工件。操作簡單方便,大大提高了工作效率。但它只能用于組合以西門子840D數(shù)控系統(tǒng)。它未能實(shí)現(xiàn)跨操作系統(tǒng)平臺(tái),這是未來研究的重點(diǎn)。
的設(shè)計(jì)思想,模塊化柔性夾具控制系統(tǒng)及系統(tǒng)重構(gòu)提供參考現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)。目前,一些柔性支承柱模塊集成了位移傳感器和力傳感器,反饋回來的變形和力過程控制器來實(shí)現(xiàn)加工過程中的變形控制。控制方案的兼容性的擴(kuò)張也是未來研究的重點(diǎn)。
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