大曲率船體外板加工成型工藝多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、船體外板加工成型是船舶制造關(guān)鍵工藝之一，傳統(tǒng)的手工彎板作業(yè)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化造船需要。為了保證彎板質(zhì)量、降低勞動(dòng)力強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化彎板已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。本課題針對(duì)船體艏艉等部位曲率大、面積較小的外板，因焰道線布置緊密甚至交叉而使得加工成型工藝復(fù)雜，研究難度大且國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究較少的現(xiàn)狀，對(duì)大曲率船體外板加工成型工藝多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
　　本文首先在分析水火彎板工藝特點(diǎn)基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)

2、了一臺(tái)基于火槍雙擺頭型五軸聯(lián)動(dòng)的多軸運(yùn)動(dòng)控制彎板機(jī)。主要研究:(1)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)、火槍姿態(tài)控制原理進(jìn)行詳細(xì)分析，在硬件結(jié)構(gòu)和控制原理上，實(shí)現(xiàn)火槍空間任意加工姿態(tài)的擺動(dòng);(2)確定采用工控上位機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制器+PLC的開放結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)控制、PLC控制等模塊硬件設(shè)計(jì)及控制方式進(jìn)行具體分析，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的開環(huán)控制。
　　在所設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步建立了整個(gè)多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)

3、模型，主要研究:(1)根據(jù)彎板機(jī)五軸結(jié)構(gòu)建立了相應(yīng)運(yùn)動(dòng)鏈模型，通過相鄰運(yùn)動(dòng)副的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，確定了工具坐標(biāo)系到工件坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，完成火槍五軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型的建立;(2)對(duì)火槍雙旋轉(zhuǎn)軸的多解進(jìn)行分析和選擇，提出轉(zhuǎn)角差絕對(duì)值之和最小的控制方案;(3)分析火槍旋轉(zhuǎn)、水槍跟隨模型，得到各軸伺服位移量，并進(jìn)行了試驗(yàn)分析。以上工作的完成為多軸控制系統(tǒng)其他理論分析奠定了基礎(chǔ)。
　　鑒于在加工大曲率船體外板時(shí)火槍與船板極易因機(jī)床的振動(dòng)發(fā)生

4、碰撞，本文對(duì)機(jī)床加減速控制算法進(jìn)行了深入的分析，主要研究:(1)根據(jù)變量連續(xù)和邊界條件構(gòu)造了一種加速度和加加速度均一階連續(xù)的三角函數(shù)加減速控制方法;(2)對(duì)三角函數(shù)加減速算法過程中各種情況進(jìn)行分段分析，并依次給出了對(duì)應(yīng)的參數(shù)解;(3)通過S型和三角函數(shù)型加減速控制算法數(shù)據(jù)仿真對(duì)比，驗(yàn)證了算法的有效性。
　　本文最后對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，主要研究:(1)詳細(xì)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制、PLC控制程序;(2)分析運(yùn)動(dòng)控制器與PLC模