装配平台（精选六篇）
装配平台 篇1
当前我区建筑业蓬勃发展, 高层建筑如雨后春笋般拔地而起, 而在施工中基本是采用塔吊施工, 有塔吊自然就要有卸料平台, 按规范要求, 卸料平台要单独设置, 必须与外脚手架分开。本人根据工程实践, 设计出一种简单方便的装配式卸料钢平台, 既方便施工, 又可重复使用。
2 卸料钢平台的构造及制作
本装配式卸料钢平台分为底座、防护栏板、拉结系统三个部分, 其中底座由主梁、次梁1、次梁2、花纹钢垫板、挡脚钢板、活动挡脚钢板、套管、固定杆和吊环1组成;防护栏板由防护栏立杆、防护栏横杆和防护钢板组成;拉结系统由吊环1、吊环2、卡环、钢丝绳、绳夹、花篮螺栓和卸扣组成。底座各组成构件之间与防护栏板各组成构件之间均采用满焊连接。底座与防护栏板之间和相邻防护栏板之间采用插销连接。各部分单独制作, 使用时采用插销连接进行整体组装。该卸料钢平台具有拆装和使用方便, 堆放储藏占空间少, 容易搬运和运输等特点。使用时, 先在地面拼装, 拼装好后采用塔吊或吊车进行整体吊装就位。拆卸时, 按逆顺序进行操作。平台整体长度6m, 其中挑出外架部分长度为2.5m, 整体宽度3.09m, 高度1.16m, 设计载重为1t。本装配式卸料钢平台挑出主体结构支撑点最大长度≤4.5m, 使用时钢丝绳与水平面夹角要≥33.7° (即层高为3m, 外挑长度为4.5m时的夹角) 。具体形状尺寸见图1～图7, 主要使用材料名称和规格见表1。
3 卸料钢平台受力验算
3.1 次梁1验算
次梁1选用∠63×6角钢制作。次梁1长度均为1.95m, 焊接在次梁2工字钢凹槽内。∠63×6角钢截面特性:重量57.2×10-3kN/m, Wx=6.0cm3。
3.1.1 荷载计算
依据《建筑施工高处作业安全技术规范》 (JGJ80-91) , 施工活荷载 (均布) 以1.5kN/m2计。2.5mm厚花纹钢垫板自重为0.195kN/m2。
则线荷载为:
3.1.2 内力计算
计算简图详见次梁1计算图。
3.1.3 抗弯强度计算
=185N/mm2
3.2 次梁2验算
次梁2选用I 16工字钢制作。次梁2长度最大值为3m, 焊接在主梁工字钢凹槽内。I 16工字钢截面特性:重量0.205kN/m, Wx=141cm3。
3.2.1 荷载计算
施工活荷载 (均布) 以1.5kN/m2计。2.5mm厚花纹钢垫板自重为0.195kN/m2。另外, 考虑增加集中施工荷载, 按混凝土料斗容量0.2m3, 荷载5kN设计。同时集中荷载按处于最不利位置 (在次梁跨中) 进行验算。
则线荷载:
施工荷载 (集中) :
3.2.2内力计算
计算简图详见次梁2计算图。
3.2.3 抗弯强度计算
=172.3N/mm2
3.3 主梁验算
主梁选用I 16工字钢制作, 其计算长度最大值为4.5m。I 16工字钢截面特性:重量0.205kN/m, Wx=141cm3。
3.3.1荷载计算
挑出建筑结构部分的卸料平台结构自重:
(1) 工字钢自重:20.5m×0.205kN/m=4.20kN
(2) 角钢自重:7.8m×57.2×10-3k N/m=0.45kN
(3) 钢管自重:26m×38.4×10-3kN/m=1.0kN
(4) 垫板自重:7.5m2×0.195kN/m2=1.46kN
(5) 防护板自重:7.5m2×0.117kN/m2=0.88kN
合计:P=4.20+0.45+1.0+1.46+0.88=7.99kN
考虑最不利因素, 按10kN施工荷载全部集中于主梁跨中进行受力验算。
则自重产生均布线荷载:
施工荷载 (集中) :
3.3.2内力计算
计算简图详见主梁计算图。
为简化计算, 同时偏安全考虑, 取主梁最大弯矩等于均布荷载产生最大弯矩与集中力产生最大弯矩之和。
3.3.3 抗弯强度计算
=133.9N/mm2
3.4 钢丝绳验算
根据《建筑施工手册》第四版得Φ15.5 (6×19) 钢丝绳的钢丝破断拉力总和为152.0kN。钢丝绳破断拉力换算系数取α=0.85, 安全系数取K=6。则钢丝绳的允许拉力为152.0×0.85/6=21.5kN。
3.4.1 荷载计算
由6.3.1可知, 挑出建筑结构部分的卸料平台结构自重:P=7.99kN。
考虑最不利因素, 按吊运钢管时10kN施工荷载全部集中于卸料平台外端中部进行受力验算。
则卸料平台自重产生的集中荷载:
P1=1.2×7.99=9.59kN
施工荷载产生的集中荷载:
P2=1.4×10=14kN
3.4.2 内力计算
偏安全考虑, 认为挑出建筑结构部分的卸料平台结构重心位于平台中部。楼层层高按3m考虑。则卸料平台支撑体系受力计算简图详见卸料平台支撑体系受力计算图。
由卸料平台支撑体系受力计算简图知在施工荷载和自重作用下对钢丝绳所产生拉力的竖向分力:
则每条钢丝绳的拉力:
满足要求。
3.5 吊环验算
吊环选用Φ20圆钢制作。吊环1焊接在主梁外挑端顶部, 吊环2预埋在上一层主体结构中。Φ20圆钢截面面积为:As=380.1mm2。钢丝绳的轴力均取最大值进行计算作为吊环的拉力。则吊环圆钢承受拉应力σ=F/As=18.87×103/380.1=49.6N/mm2<50N/mm2满足要求。
故卸料平台受力验算符合要求。
此外, 还需要进行Φ22钢筋卡环抗拉强度验算、I 16工字钢主梁抗剪验算, 钢丝绳拉结处主体混凝土边梁验算、工字钢与建筑物交接处主体混凝土边梁验算等。经计算, 以上各方面均满足要求。另需根据计算所得钢丝绳的直径, 按《建筑施工手册》 (第四版) 中的钢丝绳夹规定选择钢丝绳夹的规格和数量、间距, 并按“安全弯”设置的要求进行施工。
4 安拆顺序及施工要点
4.1 安拆流程
本装配式卸料钢平台的安拆流程为:地面组装→解开安装部位的外架安全网→用塔吊或吊车吊运就位→将平台主梁穿入圆钢卡环, 并用木楔固定→固定钢丝绳并调紧→固定安全钢丝绳并调直 (但不能使其处于受力状态) →解开吊绳→使用→用塔吊或吊车吊住平台→解开安全钢丝绳→解开平台钢丝绳→取出卡环内木楔→吊出平台至别处安装或堆放。
4.2 施工要点
(1) 卸料平台必须按照图纸要求制作, 所用的原材料和施工质量要符合要求。
(2) 必须按照安拆流程进行安拆作业。安装处要按规定预埋两道圆钢卡环和圆钢吊环。
(3) 吊运卸料平台时吊绳必须同时与底座上的4个吊环1连接固定。
(4) 安装时要调紧钢丝绳使卸料平台外端微上跷2cm～3cm, 使卸料平台主梁只在主体结构支撑点和吊环1处受到支承力。
(5) 要在第二道吊环1处增设一道安全钢丝绳, 上端与建筑物上预埋的吊环2连接。钢丝绳与建筑物边角靠近处要设置橡胶垫保护, 防止钢丝绳受损伤。
(6) 平台上须在醒目位置设置限荷标识牌。
(7) 在使用时, 除3m以上长度的钢管有一端允许从防护栏板凹口处伸出平台外, 其余材料堆放时一律不准超出平台防护栏板。
(8) 安装和拆卸前应先全面检查平台各部位工作情况, 符合要求后方可进行安拆施工。
(9) 拆除时在拆卸点下方要设置警界区, 严禁人员入内, 并派专人看护。
5 结束语
装配车间装配流水线开工流程 篇2
目的：
为了规范装配线开工转线工作流程，确保流水线各个设备以及人员能正常工作，从而确保生产出品质优良的产品。
适用范围：创维电器生产部装配车间的各条装配流水生产线。
职责：
1、操作员负责确认各自岗位所使用的工装、工具、仪器、灯具等设备是否能正常工作。
2、组长负责对检查监督员工确认情况，并负责电批、静电手环的点检工作。
3、线长负责整条流水线的定单信息的传递，收集在线各个工段或小组的设备设施的确认情况，从而判断是否可以正常开工。
执行流程：
1、线长编排员工的队列，根据维修报表、QC报表分析情况通报上一工作日，生产线的运行情况；同时告知全体员工当日操作过程需要注意的问题，以及当天生产定单的具体情况和需要完成的目标。
2、班长进入队列，对当日需要上岗员工的手掌进行全面检查，确认员工指甲是否符合车间的管理规定，是否有员工在手上佩带戒子、手链、手镯等首饰用品。
3、员工到达自己岗位后首先使用抹布对自己岗位上的桌面、皮带移动线进行必要的清扫，检查自己岗位的灯具、工装、工具以及等等，是否能正常的生产和使用。
4、员工对以上事情处理结束后，员工需在本岗位上等待线长的开工指令，不得大声喧哗，不能交头接耳。
5、组长需对关键岗位生产工艺、流程以及成品进行识别，并对其作好相关的标示以及督促员工完全按生产流程进行执行。
装配平台 篇3
关键词：飞机柔性装配方法；飞机装配；应用
飞机柔性装配技术是对于飞机需求迅速研制相适应用，成本低，可以模块化装配的一种飞机装配技术，是指在电子和自动化技术基础上发展起来的，集数字化和自动化为一体，将飞机装配模拟应用在飞机制造过程中，以此提升飞机装配的精确度。柔性装配技术和传统飞机装配技术相比，有效解决了固定和刚性不足的问题，让装配变成自动化和数字化，起到良好的装配效果。柔性装配技术最早出现在播音飞机装配中，借助柔性装配技术，使用三维模拟方式对飞机进行预装配与并行工程，不仅提升了飞机装配速度，还减少了装配成本。本文主要从飞机数控柔性装配方法入手，探讨了飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用。
一、飞机数控柔性多点型架装配原理
飞机数控柔性多点型架是对柔性工装技术进行研究的基础上，根据我国目前飞机装配的具体情况，将国外先进的柔性工装技术观念与我国已有的飞机装配工艺有效结合起来，让传统型架中固定卡板定位支点数控调整重构，按照壁板组件和壁板对应卡板的数模，以此整合数据，确保数字控制卡板定位支点移动到位，达到飞机型架卡板定位整个过程数字量传递的目的。数控柔性多点型架是在已有刚性型架结构的基础上，加多16个可重构调形单元，在可重构调形单元上增加卡板定位支点，通过在竖直方向与水平方向的运动对可重构调形单元进行准确控制，达到卡板定位支点准确重构调形，充分利用装配型构架作用，确保完成多个壁板类组件的装配。可重构调形单元结构主要是由伺服电机驱动齿轮和齿条传动机构，达到水平方向移动调形的目标，而竖直方向移动调形由伺服电机驱动滚珠丝杠机构，实现水平方向移动调形。数控柔性多点型架的流程主要是在CATIA软件中通过完成壁板类组件和对应的卡板的设计，建立数控柔性多点型架的三维数字样机，并进行预装配，对卡板定位关键点进行提取，建立一个装配关键点的CATIA数模，利用调形计算机软件来分析计算CATIA数模，自动生成数控代码，以此获取数控柔性多点型架控制软件系统，最后传输到数控型架控制软件系统中，让NCFF控制软件运行指令代码，卡板定位支点移动到位后，对卡板进行安装和装配，完成调形。在飞机整个运行过程中数控柔性多点型架的应用实现了调形定位数据全数字量传递目标，提升系统定位精确度。
二、飞机柔性装配技术应用
1.大部件装配
随着装配技术的产生、利用，已有的飞机柔性装配技术逐渐转变成自动化、模块化和数字化装配工装、定位、离线编程仿真软件，这些技术的应用，提升了飞机机身装配的质量。例如在飞机装配过程中，可使用分散模式对机身结构进行环形装配工装，利用新的数字定位技术替换已有的机械定位工作，从原本人工装配模式转变成数字化装配模式，以此提升机身质量。
2.定位打孔
飞机柔性装配定位技术主要是利用数字检测设备对飞机进行定位装配的，飞机柔性装配定位技术的应用通过精密的数字测量设备，能够自行定位，但是，由于效率较低，通常应用在研发机型上。而飞机装配的制孔使用柔性制孔技术，目的是为了提升飞机装配的质量、效率，自动化制孔技术在飞机制孔技术中的应用，可以批量化生产大型结构配件，具有较高的生产效率和质量，特别是在现代飞机制造业中加工较为困难的材料，例如复合材料和钛合金等，自动化制孔技术的应用，能够有效解决飞机制孔难度大的问题，一次提升飞机装配的质量和效率，确保符合标准要求。
3.柔性对接
飞机在进行总装过程中，应用飞机柔性装配技术，让已有的飞机固定装配向数字控制柔性配置技术转变，连接飞机托架和机身，达到对飞机机身的自动化调整效果。例如在总装阶段，可借助数字化控制的飞机柔性配装方式改变原来固定的装配，改由数字控制柔性装配技术进行，使用数字控制千斤顶和先进测量定位设备组成数字柔性装配对接平台，按照实际需要精确控制飞机的动作，提升定位精确度、和可控性，有效应用在各种尺寸的飞机装配中，通过数字柔性装配技术对接平台，提升飞机装配质量和效率。数字柔性装配技术对接平台在国外大型飞机制造厂商中得到广泛应用，定位模式主要包括以下几点：第一，柱式结构。该定位结构模式和Pogo柱模式比较相似，能够达到飞机定位与支撑的效果，每一台定位装置主要利用伺服控制系统对X/Y/Z的三个方向进行控制，通过在飞机制造过程中使用几台柱式结构定位模式就可以达到飞机大部段的准确定位。第二，塔式结构。该结构和柱式结构相比较，在承重力方面具有较大的优势，主要是使用伸缩臂侧面调整模式进行操控，可操控性较强。第三，混合定位方式。该定位模式主要应用在787飞机装配中，和柱式结构、塔式结构相比，混合定位方式可通过托架连接装置机身，以此自动化调整飞机机体，无需人工操作，并且受力均匀，适用于机体大型复合材料的装配中。
4.数字化测量装配
在飞机装配柔性技术中，大部分是依靠数字化定位测量方式对位置进行精确定位，以此精确测量相应数据。例如在对位置进行定位测量过程中，通常情况下，使用飞机柔性装配测量系统中的两种测量方式：激光跟踪测量和室内GPS测量进行，其中激光跟踪测量系统特点具有高精度、测量范围大及机动性强；而室内GPS测量由于受大部件范围空间定位的细致，只能在室内建立空间坐标系统，方可进行定位测量。
三、结语
综上所述，飞机柔性装配技术的开发、应用作为国内外大型飞机制造厂商较为常见的一种技术，要想充分利用自身优势，必须分析了解影响因素，借助数字化技术测量，进行大部件装配，使用制定化定位制孔，在飞机总装过程中利用柔性对接技术，自动调整飞机机身，以此提升飞机装配的质量和效率。
参考文献：
[1]刘洋.飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用[J].中国新技术新产品，2015，（18）：7-7.
[2]王亮，李东升，罗红宇，等.飞机装配数控柔性多点工装技术及应用[J].北京航空航天大学学报，2010，36（5）：540-544.
装配平台 篇4
大型飞机机体结构最显著的特点是尺寸大、高可靠性、长寿命, 在制造技术上要求实现轻重量、全寿命周期低成本、快速研制和生产等。飞机装配是飞机制造中的重要环节, 工作量和成本约占整个飞机制造的40%~50%, 民机批产、“四性” (安全性、经济性、舒适性和环保性) 和“适航认证”对装配质量、柔性和效率提出很高要求[4~5], 必须采用数字化柔性装配技术得以保证。飞机数字化柔性装配技术涉及数字化装配设计技术、柔性装配工装、自动化装配系统、自动制孔、自动钻铆、无型架装配、数字化装配检测与试验、先进装配方法、长寿命连接、先进装配管理技术等方面。
现代飞机的安全使用寿命要求日益提高, 军机寿命、干线飞机寿命分别要求达到8000、50000飞行小时以上, 而飞机结构所承载荷通过连接部位传递, 形成连接处应力集中。据统计, 而飞机机体疲劳失效事故的70%是源于结构连接部位, 其中80%的疲劳裂纹产生于连接孔处, 因此连接质量极大地影响着飞机的寿命, 而手工铆接由于受工人熟练程度和体力等因素的限制, 难以保证稳定的高质量连接[6~10]。
我国飞机装配目前还主要依赖于手工装配, 而手工铆接由于受工人熟练程度和体力等因素的限制, 难以保证稳定的高质量连接, 大量采用成套的专用装配型架, 成本高, 装配效率低, 装配已经成为我国飞机研制生产的瓶颈之一。其次, 飞机制造及装配过程中, 钻孔、铰孔、锪窝等占用了大量的流程时间, 先进机器人等自动化技术的引进将提高制孔的效率、改善制孔的精度、降低制孔的成本、提高制孔参数选择的灵活性等, 因而在大批量生产中提高生产效率, 采用自动钻铆系统是必然的要求。自动钻铆技术是新一代飞机研制的关键技术, 对于提高我国的飞机制造水平, 增强国防能力具有深远的意义。
基于精益系统和精益制造的理念, 机器人系统已在汽车制造业及家电制造业得到广泛应用, 近几年在航空制造业中也逐渐看到机器人的“身影”。国内外各大机器人厂商也将航空制造业作为工业机器人应用的又一主要领域, 机器人技术已在飞机大型零部件的自动钻铆、激光焊接、表面材料涂覆、复合材料加工、自动化装配中得到初步应用[11~14], 并已开始显现效益。
飞机制造与装配过程中, 实现制孔自动化的同时又降低成本是极其重要的。因此, 低成本、柔性且满足高质量制孔要求的自动化航空制孔系统, 与配有大量刀具的复杂结构自动钻铆系统相比极具竞争优势, 具有确切的市场需求与应用前景。
如何使得学生能够深入理解飞机柔性装配过程中采用自动钻铆与机器人技术相结合的设计方法和具体操作, 有效掌握自动制孔的关键参数和控制流程, 是飞机柔性装配实验教学中的一个新问题。鉴于此, 本文设计了一套基于柔性轨道的航空制孔实验系统, 并成功应用到教学科研实践中。
1 航空制孔实验平台实验环境结构设计
1.1 总体结构设计
航空制孔实验平台如图1所示, 主要包括工装托架、柔性吸盘、末端执行器、激光检测模块、压紧与废屑回收装置、X轴、Y轴等部分组成。
末端执行器沿着X、Y方向导轨进行平面移动到达带加工区域, Z轴实现竖直方向的移动, Z轴电机通过同步带带动2个丝杠旋转, 进而推动主轴上下移动, 下压气缸带动下压头作上下运动压紧蒙皮, 最后主轴电机带动主轴以最高6000转/分钟的转速旋转实现高精度钻销。
1.2 X、Y、Z轴及柔性轨道吸盘结构设计
X轴采用齿轮齿条传动, 齿轮采用7级磨制齿轮;定制8级磨制齿轮。Y轴导向采用导向槽轮结构, 内侧固定, 外侧采用偏心轮结构压紧。采用安装防松螺母涂螺纹密封胶等方式防止松脱。2对导向轮间距350 mm, 可以布置4个真空吸盘。Z轴采用滚珠丝杠配直线滑轨结构, 和齿轮齿条配直线滑轨, 滚珠丝杠采用C7级。
对于航空制孔实验平台, 完成可靠的吸附和平稳的移动功能是其最基本、最主要的功能要求。真空吸盘采用60~140/60~180的吸盘, 在1 MPa压力下可以实现40公斤的吸附力。该实验平台的120个吸盘可以实现4800公斤吸附力。局部每320 mm布置8个吸盘单向向外延伸2个吸盘, 共有16个真空吸盘在一次钻孔中起作用, 可实现640公斤的吸附力, XZ轴总重预计小于50公斤, 剩余590公斤的吸附力用于抵消钻孔进给的切削力。
1.3 末端执行器结构和功能设计
末端执行器共分为4部分:框架及Z轴模块、视觉检测模块、钻孔模块、压紧吸屑模块。如图2所示。
1.3.1 框架及Z轴模块
由滚珠丝杠、两根直线滑轨、框架三部分组成, 由400 W伺服电机提供动力, 可产生1000 N的钻销力。采用高刚性框架和直线滑轨, 以保证钻孔动作的准确性和稳定性。
1.3.2 钻孔模块
采用进口钻卡头磨制主轴, 高精度轴承, 以保证优质的钻孔质量和表面光洁度。采用750 W伺服电机提供3000 r/min转速和2 Nm的扭矩。
1.3.3 在线检测模块
由CCD摄像头相机、光源和安装架组成, 整体安装在钻头相同的平面上, 以方便计算孔距。为保证视觉效果最佳, 将吸屑部分和Z轴传动部分后移, 保证前面没有遮挡物。
在线检测模块通过三个激光测距传感器, 实现钻头周围三点与加工表面的精确测距, 进而通过算法实现法向检测的垂直度偏差值计算。
1.3.4 压紧吸屑模块
由气缸、连接杆、压紧主体、吸屑连接器等部分组成, 气缸输出1000 N (气压0.4 MP时) 的向下压紧力, 此压紧力可压紧3层蒙皮, 并还可根据需求增加。压紧模块的最下面用特殊材质制作, 确保不会在蒙皮上压出印迹;吸屑通道开在压紧接触面上方, 可吸出长达4 cm的钻屑。
压力脚采用定长压紧, 两侧气缸同步压紧, 距离可调节, 调节一次完成后锁定。主要针对钻孔处不同的板厚、下面有无附着加强筋、不同时间段气压变化等不同情况的压变形进行设计, 即下压气缸行程会有所不同, 差别达到0.5 mm以上就会造成钻窝孔深度变化, 进而形成应力集中, 故控制该部分变形量相等是设计该机构的目的。
综上, 可确定同时工作吸盘数量16个, 每排8个, 可满足下半圆垂直吸附钻孔使用。真空系统采用每个吸盘一套真空系统的方式设计, 如果实际使用中某个吸盘吸附范围内有裂纹或者孔, 这个吸盘不发挥作用也不影响其他吸盘的正常工作。
真空吸屑装置, 采用大流量真空发生器作为真空源, 设计过滤器过滤金属屑。整体集成到末端执行器中, 其中将压紧部件与钻孔模块钻夹头之间的间隙减到最小以增加吸力。
2 航空制孔实验平台控制体系结构设计
借鉴国内外先进的航空制造平台控制系统体系结构, 本文提出了分层多智能体的控制体系结构, 包含三层结构:用户规划与控制层、下位机控制层、检测与执行控制层。用户规划与控制层包含用户人机接口、制孔参数设置、控制系统启/停、运行状态健康等智能体;下位机控制层由检测与反馈调整控制分系统、末端执行器PMAC控制分系统两部分组成, 包含视觉定位、法向调整、误差补偿等智能体;检测与执行控制层包含视觉检测与定位、激光传感器法线测量、压力脚压紧、丝杠进给控制、限位阀检测、真空吸盘控制、主轴运动控制等智能体。各个智能体模块之间互相独立, 由实时通讯接口将各部分有机融合在一起, 通过对任务模块的划分和优化, 使得系统具有可灵活配置、模块化、通用性、开放性和可移植性的特点, 且能保持系统实现所需要的操作和任务流调控。
3 航空制孔平台实验流程
柔性导轨自动制孔设备主要由带有真空吸盘柔性导轨、带有主轴箱的移动小车等部分组成。工作时, 由柔性导轨安装器进行安装, 通过真空吸盘将导轨固定在机身或机翼表面。移动小车可以沿导轨进行X向和垂直于导轨的Y向运动。通过X、Y向移动, 定位制孔位置;为了保证钻孔垂直度的压紧和测量装置等。制孔组件在垂直工件表面的方向上进给, 实现制孔加工[15]。
参数设置功能包括设置各轴运动参数和行程限制、加工坐标系设置、压紧力设置等;回零功能将各运动轴进行回零操作, 并回到设备坐标系零位;手动控制功能实现设备各个运动轴的点动控制、压紧、法向垂直、照相测量等功能, 并允许用户输入控制指令, 执行单一指令;自动控制功能读入指令文件, 按顺序逐条执行指令文件中的控制指令, 指令文件分为照相测量指令文件和孔位加工指令文件。执行照相测量指令文件时, 系统移动到指定的工艺孔位, 执行照相测量功能, 并反馈孔位偏差。执行孔位加工程序时, 系统移动到指定的孔位, 按点啄式钻孔指令执行钻孔循环[16~17]。
航空制孔实验平台控制系统由一台工控机、一台多轴控制管理器、多台智能数字伺服驱动器、多台交流伺服电机组成, 外围连接有各种辅助设备和输入输出开关等。
其中, 多轴管理器和数字伺服驱动器都提供专用用户编程开发环境, 同时也提供C++动态连接库, 允许用户用工控机进行编程, 实现对设备的控制。外围辅助设备 (如:压紧气缸、真空吸盘等) 采用MODBUS接口进行控制, 照相测量设备直接通过TCP/IP方式进行数据的传送。
为了使用户方便使用, 控制设备正常运行, 开发了运行在工控机上交互式的设备控制软件, 通过TCP/IP方式实现对多轴管理器、驱动器以及其他辅助设备的控制。
4 实验测试
将4 mm厚的合金板放置在直径4 m的航空制孔实验平台的弧形托架上进行固定, 以模拟飞机机身的加工表面。将柔性轨道通过真空吸盘, 吸附在该弧形加工面上, 并启动真空气源进行吸附。
通过真空吸盘将导轨固定在机身表面, 移动小车沿导轨进行X向和垂直于导轨的Y向运动。通过X、Y向移动, 到达钻孔位置。为了保证钻孔垂直度, 主轴箱调整钻头与加工表面的法向垂直;然后通过下压头对加工表面按照预先设定的压紧力进行下压。
下压头对加工表面进行压紧后, 主轴电机启动, 按照加工工艺参数设定的转速进行旋转, 同时Z轴电机启动带动丝杠进给, 直至钻头到达加工表面。
钻头达到加工表面后, Z轴按照钻孔进给参数输出进给力, 同时主轴按照钻孔的转速要求进行钻孔, 废屑回收装置启动, 对加工过程中产生的铝屑进行及时回收。当Z轴完成进给, 同时钻孔钻透铝合金蒙皮后, 根据Z轴进给量和力传感器返回值进行判断, 已完成钻孔的进给。
钻孔完成后, Z轴反向进给, 进而抬起钻头, 返回到初始位置, 并使用视觉系统对所加工孔进行定位识别和检测。
实际加工效果, 第一次采用1000转/分钟的转速进行实验, 由于铝合金材料的硬度较低等特点, 采用低转速造成毛刺较多, 孔的光洁度较低;然后在进给速度不变的情况下, 将主轴转速提到2800转/分钟, 孔的光洁度明显提高, 达到了3.2。从而初步实现了柔性轨道制孔机器人系统的钻孔加工。
5 结语
装配平台 篇5
一、精密平台的总体结构
精密平台包括宏动平台和微动平台两部分, 宏动平台完成大范围低分辨率的运动, 微动平台实现小范围高精度的运动, 结构见图1所示。
1. 宏动平台。
宏动平台的三维运动分别由三个步进电机独立驱动三个精密丝杠来实现, 主要构成包括主控计算机、运动控制卡、步进电机驱动器、步进电机、精密丝杠, 光栅尺等。主控计算机接收设定值, 并通过运动控制卡发出控制指令给步进电机驱动器, 由步进电机驱动器发送控制脉冲驱动步进电机, 步进电机通过联轴器与精密滚珠丝杠相连, 精密滚珠丝杠通过丝杠螺母副带动工作台往返运动实现大范围、低分辨率的宏动定位, 光栅尺测量工作台的实际位移, 用作反馈信号, 与设定的运动位移值相比较, 对其偏差进行广义预测控制 (GPC) 运算, 实现闭环控制。
2. 微动工作台。
设计的三轴 (X、Y、Z) 纳米级微动台每轴内置一组压电陶瓷, 压电陶瓷的开环驱动电压为0~200V, 对应着输出位移在10微米, 采用闭环控制。位移传感器采用电阻应变片, 测量电路采用图惠斯通电桥电路。输出电压0V~5V对应微动台的位移输出0~10μm, 在数据转换模块中采用14位AD转换, 从而使微动台的运动位移分辨率达到2.5nm。
二、控制算法设计
采用C语言编写了人机操作界面及三维精密运动平台的控制程序。在满足工程需要而又不失严密性的前提下, 对传统的GPC算法进行了改进, 改进的GPC算法的主要思路是为了提高控制的实时性, 减少控制算法的计算量。
1. 过程模型。GPC算法采用CAMARI模型描述受到随机干扰的对象。A (q-1) y (k) =B (q-1) u (k-1) +C (q-1) ξ (k)
2. 参考输出。改进的GPC算法的参考输出
其中, ym (k+d) 是k时刻以后d步的优化预测, yr (k+d+j) 是k时刻以后d+j步的参考输出, d为系统的滞后时间, α为柔化因子, S为设定值。
3. 控制量的计算。
目标函数为, r为权系数, J的最小二乘解为, , 其中I为单位矩阵, 矩阵G为
设为矩阵的第一行元素组成的向量, 控制量为u (k) =u (k-1) +gT (Yr-ym) 。
三、实验与结论
在精密平台底固定的隔振平台上, 运用XL80型双频激光干涉仪 (测量精度0.1μm) 测量底宏动台的位移, 将电感测微仪 (分辨率为0.01μm) 与微动台一同固定在宏动台上, 用电感测微仪测量微动台的位移。其中微动台的设定值为宏动台运动误差的相反数, 即要进行补偿的部分, 总误差为微动台的运动误差。精密丝杠传动的宏动台与压电陶瓷驱动的微动台有机地结合, 采用改进的GPC算法, 实现了运动目标在0~100mm范围的快速运动与高精度定位的统一, 定位精度达到0.01μm。通过大学生创新计划项目建设, 学生掌握了扎实的实践技能, 培育了一定的创新思想。
摘要：本文以大学生创新性实验计划为切入点, 着手解决微装配系统中高定位精度与大运动范围的矛盾。将精密丝杠传动的三维宏动平台与压电陶瓷驱动的三维微动平台有机结合, 并在装配系统的闭环控制中采用改进的广义预测控制算法, 有效地克服了丝杠传动的间隙误差、滞后, 以及压电陶瓷的迟滞、蠕变和非线性, 提高了装配系统的精度和适时性。实验结果表明, 该运动平台的定位精度达0.01um。
关键词：微装配,精密定位,广义预测控制,误差补偿
参考文献
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[4]刘福才, 王哲, 温淑焕.广义预测控制快速算法研究及其应用[J].武汉理工大学学报, 2009, 31 (8) :109-112.
装配平台 篇6
在现代产品设计与开发中,由于其自身的复杂性,需要多个专业部门的工作人员共同协作完成。在这种协同工作中,如果各部门的信息不能及时分享,肯定会给总体的设计带来困难,从而降低了产品设计效率,延长了开发周期[1]。而多专业人员的协同装配为解决此问题提供了便利。协同装配就是设计人员在不同的地点通过网络用计算机对产品进行交互式的装配,或进行异地的装配指导,极大地增强各部门设计人员的信息交流,以达到提高装配效率和设计质量的目的,这是传统的仅限于人机交互单人装配模式难以比拟的。目前,已有很多协同装配平台的研究,但大都是跨平台工作,也就是需要将设计的产品模型由一个单人装配平台导入到另外一个协同装配平台进行协同工作。在这个过程中会不可避免地产生模型文件类型的转换,由于每个平台对模型的拓扑信息和几何信息[2]的读取方式方法不同,必然会引起模型信息的损失。而大部分设计人员在产品开发时使用的虚拟装配工具都是CAD软件,为了避免模型信息的损失以及充分发挥CAD软件的各项优势,本文选择了基于UG二次开发进行设计,充分应用UG这个通用的CAD/CAE/CAM集成系统,集各种建模功能于一身,能够进行各种仿真,涵盖了整个产品的开发过程,同时自身具有的强大的二次开发接口为各用户提供了强有力的支持,以便进一步研究探索协同装配平台的设计实现方法。
2 总体设计
2.1 体系结构设计
现在最常见的协同体系结构有很多种,其中一种是集中式结构,它采用C/S模式[3],将大部分的装配信息和数据处理都在服务器执行,客户端的功能主要是模型的显示以及在线修改服务器中的装配信息,这种结构减轻了客户端数据量的负担,有利于协同控制,但服务器对数据处理的负担就加重了,实时性较差;另外一种是分布式[4]结构,它与第一种结构恰恰相反,每个客户端都保存一份模型数据,装配的一系列工作都由客户端完成,服务器主要负责消息转发等简单功能,这种结构将大部分的任务都分配给各客户端,响应速度快,但是存在一定的并发控制困难。
由于本平台设计研究是基于UG二次开发,是在继承UG单人装配所有功能的基础上,实现信息交互并完成协同功能,各客户端必须具备独自管理数据的能力,所以选择采用分布式体系结构。体系结构中总服务器和若干个客户端是对等的,总服务器主要负责装配信息的转发和多用户的登录管理等功能,各个用户具有CAD模型信息管理、装配仿真管理等功能。根据产品模型的复杂程度用户端可以是单机,也可以是由高速局域网支撑的多台计算机[5],计算机数量的规模可以根据装配的复杂程度进行扩展。对于并发控制问题,通过设计专用控制功能模块加以解决[6]。体系结构如图1所示。
2.2 功能模块设计
2.2.1 服务端模块设计
服务端主要有两个作用:一是负责各用户的登录,将各用户通过网络联系起来;二是接收用户发送过来的装配信息,并把发送过来的装配信息转发给其他用户[7]。也就是说服务端其实就是一个信息中转站,所以对它的设计就类似于一个聊天室的服务器,各用户就相当于聊天室的客户,发送的装配信息就相当于客户聊天的内容。因此,它只需要具备简单的绑定IP和PORT端口的功能即可。
2.2.2 客户端模块设计
相对于服务端而言,客户端的设计就要复杂一点。协同功能的实现无非就是解决用户间装配信息的交互问题[8]。所以,对客户端的设计总结起来有两点问题:第一点是对用户的装配界面里的装配体进行信息的提取;第二点是将提取的信息转换成可以被发送的信息,并将其发送出去,这类似于网络传输层协议。然而装配体包含的信息无论是数量和类型都非常多,但如果从信息转换的角度来看,大体上就可以分成四种:字符型参数的信息,整型参数的信息,浮点型参数信息和UG/Open API特有的参数类型的信息。
对于装配体信息的提取可以通过UG/Open API中的函数来实现[9]。其中UF_ASSEM_ask_component_data就可以得到给定部件的相关信息,包括该部件对应的文件全路径名、instance名称、引用集名称和部件在装配体中的定位信息等。而对于装配约束的信息提取可以用UF_ASSM_solve_mc等函数来实现。
信息提取后的工作就是将其发送出去。但是由于基于套接字传递的网络数据类型是字符型的类型,所以一些信息就不能直接发送出去,而是先要进行数据类型的转换[10]。对于文件路径名称这种字符型的数据可以直接放到缓冲区中。但是像变换矩阵和这种浮点型的数据就要先转换成字符型数据才能放到缓冲区中,然后才能发送出去。
对于分布式体系结构会出现的并发控制困难,主要反映在:当一个客户在UG装配界面中导入零件时,其他客户可能会将信息发送过来,而正在操作的客户是接受不到信息的。为有效解决这个问题,采取的解决方案是:将发送信息和接受信息的功能分别置于两个UG的装配界面中。一个界面是客户自己用来装配,而另外一个界面用来接受发送过来的装配信息(包括用户自己的装配信息)。通过专门接受装配信息的功能模块和界面,从而使用户在进行虚拟装配的同时,及时了解其他用户的装配情况。
由于此协同装配平台是基于单人装配的模式下建立起来的,而在协同装配的过程中,客户间传递的只是装配信息,整个最终装配完的文件是各自保存在自己的机器里。所以信息都是在每个用户自己的管理之下。如果想对整个装配体进行修改,可以再一次发起协同装配的对话,进行新一轮的协同装配。
3 系统实现
3.1 服务端控制界面
服务端是在VC++环境中,基于MFC的基本对话框功能运用Winsock以C++语言编程而成的。具体实现程序方法为:(1)先定义一个套接字sock用bind函数绑定一个IP地址;(2)启用listen函数进行监听用户端;(3)建立一个用于接受客房端的套接字数组client[i],通过accept函数用于接受若干个客户端连接;(4)通过recv函数和send函数分别来接受和发送信息。
生成界面如图2所示。
3.2 客户端控制界面
由于客户端的功能实现是在UG内部环境中实现,所以需要用UG/Open API作为UG与VC++的交互的接口。这样就可以用基于MFC的对话框来创建一个客户端的界面。同时利用UG/Open API中的Menu Script菜单定制功能将客户端的界面加入到UG运行程序的菜单项中。这样,就可以通过UG的内部环境来打开客户端的界面。登录服务器的功能也是由Winsock封装的函数来实现。具体实现程序方法为:(1)先定义一个套接字;(2)将对话框上的编辑框中的服务器的IP和端口号的值传给定义的套接字;(3)由connect函数与服务器建立连接。
生成界面如图3所示。
3.3 信息获取和转换的实现
对于信息获取的具体实现步骤是:先调用UF_ASSEM_ask_part_occ_children获取当前节点的下一级各节点的标志号和节点数量,然后采用for函数来依次提取这些节点处零件的信息。紧接着再递归调用这个遍历的函数程序,重复上述过程。最后各零件的信息就会依次被提取出来。
信息的转换分为三种:(1)字符型的数据可以直接放到缓冲区中。(2)浮点型和整型的数据转换的实现是采用按数字位转换,首先要确定数字的位数最多是多少(本程序是以最大6位来计算)。然后将每位的数字提取出来,依次存放到缓冲区中,最后将小数点前的位数和符号位分别存放到最后两位。也就是说一个数字在缓冲区中占8个字符。符号可以用1和0分别来表示正负。(3)UG/Open API特有参数类型信息的转换就不能单纯靠传递参数的ASCII代码去发送信息了,于是就要用一些字符就代替这些参数信息。具体实现的时候可以用连续的非空字符的ASCII代码去代替相应的参数信息,然后使用switch函数将参数与代码一一对应。当获得装配约束参数的信息时,马上调用switch函数执行相应的case语句。这样在相应的case语句中,就可以将与参数对应的代码送到发送信息的缓冲区中,然后就可以发送出去。同样在接收的时候也需要做一下转换,原理和发送信息前的转换大同小异。
4 应用实例操作验证
本文以两个用户甲和乙装配一个Piston为例来说明协同装配的操作过程:(1)用户首先要用UG对需要装配的零件进行建模。本装配需要用到的零件有三个,分别是Bar、cylinder和Lid,如图4所示。(2)建模结束后,两用户通过网络进行上传和下载共享模型。使自己具有装配的全部模型。(3)由其中一个用户打开服务器,绑定一个IP和PORT号,如图5。(4)各用户打开客户端界面,然后登录服务器,如图6。(5)甲和乙都打开Bar文件,甲先导入了cylinder文件进行了装配,然后单击客户端界面上的发送键。乙中显示模型的界面就自动导入了cylinder文件并进行了装配,接受的信息也显示到了客户端界面的列表框里,如图7。(6)乙从自己的装配界面里导入Lid文件进行装配,然后单击客户端界面上的发送键。甲中显示模型的界面就自动导入了Lid文件并进行了装配,如图8。(7)装配结束,点击UG菜单中的保存,于是甲乙两用户都各自保存了一份装配数据,达到了协同装配的目的。
5 结语
本文研究了基于UG二次开发的协同装配平台,详细说明了系统的组成模块、功能和使用过程。本平台的最大优点在于能够完整地保留CAD模型信息,充分利用CAD系统单人装配时的各项优势,无须跨平台工作,可以使产品的整个开发过程都在本平台上进行。但是由于UG的不少源码没有公开,所以对平台功能的扩展有一定限制。但在众多的CAD软件中UG的二次开发接口做得相对比较完善,它基本上含概了大部分的人机交互功能。所以在现有相对完善的CAD系统的基础上建立协同装配平台,是较为合理的选择。
参考文献
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