Elmo運(yùn)動控制系統(tǒng)在飛機(jī)數(shù)字化裝配系統(tǒng)中的應(yīng)用

飛機(jī)的部件成千上萬，其中很多的結(jié)構(gòu)件為鈑金件或復(fù)合材料組成的薄型板狀結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是外形復(fù)雜，連接面多為不規(guī)則曲面，同時其材料和形狀決定了其具有的工藝剛性相對比較小，容易變形，給加工和裝配都帶來了比較大的困難。近年來，隨著自動化水平的不斷提高，通過引入了先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，使得零件的加工技術(shù)得到了大幅度的提升，零件的制造周期大大縮短，品質(zhì)也得到了很大的改善。但是，飛機(jī)的部件裝配與整體機(jī)身的裝配仍沿用傳統(tǒng)的方法，無法適應(yīng)先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)帶來的效率的提高。飛機(jī)裝配技術(shù)已經(jīng)制約著飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展。本文主要介紹了通過使用Elmo運(yùn)動控制系統(tǒng)，借助多點(diǎn)成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)柔性數(shù)字化裝配。

系統(tǒng)工藝流程

圖1示出工藝流程。多點(diǎn)成形技術(shù)是柔性工裝設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)，其基本原理為采用多個均勻離散的點(diǎn)來擬合飛機(jī)裝配部件的三維型面，通過精確的數(shù)字建模，控制各點(diǎn)的點(diǎn)位來達(dá)到精準(zhǔn)的控制，使工裝表面完全貼合飛機(jī)零件表面。使用這種柔性裝配技術(shù)可以使飛機(jī)裝配型架的制造周期大大縮短，并可以取代大部分固定裝配型架。同時由于其采用了離散式的點(diǎn)位控制方式，使得該系統(tǒng)具有可重構(gòu)性，一套該系統(tǒng)可以完成多種表面形狀的零件工裝。


圖1 工藝流程圖

固定飛機(jī)薄壁板采用的是行列可移動式動態(tài)工裝，其基本元器件為可移動的導(dǎo)軌副以及高度可以調(diào)整的支撐夾持單元，以上元器件的控制均通過數(shù)控伺服完成，通過伺服的不同位置調(diào)整使整個工裝系統(tǒng)按照理論的點(diǎn)位分布，使蒙皮達(dá)到理論的工裝外形。

系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:系統(tǒng)計算機(jī)主要計算并且給出數(shù)學(xué)模型;人機(jī)界面可以實(shí)時的顯示和設(shè)定一些現(xiàn)場的工作參數(shù)；三維激光測量可以反饋實(shí)際的位置值回當(dāng)前的系統(tǒng)計算機(jī);以色列Elmo公司的MAESTRO多軸控制器為本運(yùn)動控制系統(tǒng)的核心，配合CAN總線上掛接的多顆Elmo公司的伺服驅(qū)動器完成對多個點(diǎn)位的位置控制;同時，由于工藝方面需要的夾持等功能，故CAN總線上還掛接有一些現(xiàn)場總線I/O。如圖2所示。


圖2 系統(tǒng)框架

通訊部分

通訊部分，主要包括兩大層面:

第一層面為以太網(wǎng)層

滿足標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用該通訊方式主要有以下好處:

通訊距離長，以太網(wǎng)的通訊極限一般可以控制到200m，基本上滿足了大型飛機(jī)等設(shè)備的裝配空間，同時避免了使用光纖通訊所耗費(fèi)的大量的成本;

標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，普通的計算機(jī)、工控設(shè)備可以很好的接入;

一般用戶都比較熟悉使用，應(yīng)用控制等技術(shù)相對比較穩(wěn)定、成熟;

同時配合人機(jī)界面在設(shè)備現(xiàn)場通過RS-232方式操控和設(shè)定工作參數(shù)，彌補(bǔ)了以太網(wǎng)長通訊距離造成的操作不便。

第二個層面為現(xiàn)場總線層面

采用了目前在歐美普遍使用的CAN總線形式，使用該總線會給該系統(tǒng)帶來如下的好處:

CAN總線為一種集分布式控制和實(shí)時控制于一體的串行通訊局域網(wǎng)絡(luò)，其高可靠性、高性能、高實(shí)時性等特點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用;