【摘要】：智能化、柔性化的生產(chǎn)制造是未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。然而,在航空航天領(lǐng)域廣泛使用的鋁合金殼體類零部件,因多品種、小批量的實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn),往往自動化程度偏低,生產(chǎn)成本較高且生產(chǎn)效率低下,更談不上智能化、柔性化生產(chǎn)。因此,研究這類零部件的自動化和柔性化智能制造技術(shù)具有重要的實(shí)用價(jià)值。本文首先對鋁合金殼體柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行了總體概述,包括柔性沖壓單元、自動焊接單元、物料傳送單元和雙目視覺導(dǎo)引單元四個(gè)子單元。圍繞自動焊接單元的柔性夾具系統(tǒng)和傳送單元中的搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行了重點(diǎn)研究。涉及的主要生產(chǎn)流程為:鋁合金殼體的加工從毛坯件導(dǎo)入柔性沖壓單元開始,沖壓成形后通過傳送單元中的搬運(yùn)機(jī)器人將沖壓件抓取到自動焊接單元,精確定位后再由雙目視覺導(dǎo)引單元配合焊接,最后完成工件的加工。其次,由于鋁材的尺寸、屬性、厚度等因素會影響工件的成形效果,本文針對不同的材料進(jìn)行了折彎與回彈研究。選取了兩種典型的航空鋁材6061和2A12,通過DYNAFORM沖壓軟件對其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),得到?jīng)_壓力、變形、回彈等模擬數(shù)據(jù)。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,從中篩選出最優(yōu)的方案,為后期系統(tǒng)的優(yōu)化提供了重要的理論依據(jù)。針對不同的加工需求,以絲杠滑臺為基礎(chǔ),邊角定位為原則設(shè)計(jì)了相應(yīng)的柔性夾緊結(jié)構(gòu),從而滿足了多品種鋁盒的夾緊需求。為進(jìn)一步滿足工件的尺寸范圍,還對夾緊單元進(jìn)行了優(yōu)化。通過ANSYS有限元軟件和ADAMS運(yùn)動學(xué)分析軟件,對夾緊結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析和優(yōu)化,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。最后,采用D-H法建立了關(guān)節(jié)機(jī)器人的連桿坐標(biāo)系,求得機(jī)器人末端執(zhí)行器相對于固定基座的轉(zhuǎn)換矩陣,并求解出機(jī)械手臂的運(yùn)動學(xué)正解和逆解。運(yùn)用MATLAB軟件對機(jī)械手臂進(jìn)行仿真,根據(jù)蒙特卡洛法求得了手臂的工作空間并為整體布局提供了參考。
【圖文】：

圖 2-1 控制系統(tǒng)示意圖2.3 單元功能介紹2.3.1 自動焊接單元和柔性沖壓單元自動焊接單元包含兩個(gè)子單元，分別是柔性夾具單元和焊接機(jī)械手單元。要解決多品種、小批量的生產(chǎn)特性，柔性是核心要素。由于柔性夾具的發(fā)展還處于初級階段，不可能滿足大范圍、跨種類的工件加工要求。本文所研究的柔性夾具主要針對矩形鋁制殼體，這類零件有三大特點(diǎn)：一是外形簡單，二是薄殼結(jié)構(gòu)，三是材料易成形。這樣夾具本身的剛度和強(qiáng)度就可以較為容易的達(dá)到要求。具體方案后續(xù)章節(jié)將做詳細(xì)研究。柔性沖壓單元主要用來實(shí)現(xiàn)鋁制殼體的成形，與柔性夾具單元相互配合才真正實(shí)現(xiàn)了柔性制造的第一步。柔性沖壓單元的核心技術(shù)是模具，只有模具達(dá)到柔性要求，沖壓才能實(shí)現(xiàn)柔性。通過查閱大量文獻(xiàn)資料，柔性模具在現(xiàn)階段的發(fā)展極其緩慢。因?yàn)闆_壓件需要很大沖擊力才能實(shí)現(xiàn)成形，而模具又是主要的受力體，所以絕大多是的模具都是

不考慮阻尼對結(jié)果的影響，運(yùn)用中心差分法得到動力顯示算法的遞推公式： tttNLtLttttMtMtMFKKt 221)2(1 3 minT t t 3 1式中，minT 是最小固有振動周期。.4 DYNAFORM 分析流程DYNAFORM 是由美國 ETA 公司和 LSTC 公司攜手研發(fā)用于板料成形數(shù)值模擬用軟件，是當(dāng)下主流的 CAE 應(yīng)用軟件之一。通過 DYNAFORM 進(jìn)行仿真試驗(yàn)，可顯的改善模具研發(fā)周期，，最大程度的降低成本得到更大的利潤空間，并增加了設(shè)計(jì)靠度。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH165

【參考文獻(xiàn)】

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