用于飞机零部件制造装配的柔性工装数控系统

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1、11用于飞机零部件制造装配的柔性工装数控系统郇　极　靳　阳　肖文磊(北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100191,中国摘要:研究了柔性工装计算机数字控制Computernumericalcontrol,CNC系统,该系统适于控制多种用于飞机零部件制造和配的柔性工装设备。给出了柔性工装的机械结构分类,分析了柔性工装设备的控制需求。同时提出了一种CNC系统的硬件和软件架构,并予以实现。该系统利用配置参数描述柔性工装的机械结构。根据配置参数,CNC系统可以自动生成其控制功能和人机界面(Humanmachinein

2、terface,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

3、性夹具的需要。成本和占地空间也保存，同时获得高质量。它花费更少的时间重新配置相同的组件的族或重建不同产品之间。11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FANUC30i。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

4、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

5、′′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：EADSCASA，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该机制可分为三种类型，根据运动的自由和组合夹具。111）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

6、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。1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

7、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。111）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

8、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