螺纹联接自动装配系统的研究

摘要

螺纹联接装配在工业装配制造中占有越来越重要的地位，研究并提高其装配核心技术和工艺是实现复杂的螺纹联接的主要方式之一。本文以多路阀生产装配中螺纹联接的拧紧装配为研究背景，针对螺纹联接装配系统的结构设计、拧紧控制和速度轨迹规划等问题进行了研究。
　　本论文通过参考现有成熟的拧紧设备，结合企业需求，研究设计了应用于多路阀螺纹联接装配的平台系统。本论文主要完成了以下研究工作:
　　(1)介绍了课题研究的背景和来源，分析了螺纹联接装配技术的发展和研究现状，指出了螺纹拧紧设备对保证多路阀螺纹装配质量和装配效率所具有重要的意义，并对课题研究的主要目标和工作内容作了认真的剖析。
　　(2)提出基于企业实际需求的螺纹联接装配系统设计，主要由自动拧紧机构、多路阀初步装配升降平台、电控柜组成，并完成了机构的选型和工作说明。
　　(3)针对螺纹装配拧紧过程中预紧力、拧紧转角和拧紧力矩的数学关系模型，确定了螺栓在弹性区域的拧紧转角数值，提出了扭矩转角控制的螺纹拧紧控制方法，并设计了拧紧控制的工作流程。
　　(4)针对特定型号螺纹联接拧紧中对预紧扭矩的要求，建立了拧紧轴单元的控制模型，设计了螺纹联接拧紧过程中的期望速度轨迹，对建立的控制模型进行仿真，得出带模型补偿PI极点配置控制策略能获得更好的动态响应和稳态精度。
　　(5)搭建dSPACE DS1103控制的伺服电机转速调节实验系统用于模拟螺纹联接拧紧控制，进行了伺服电机参数估计和速度控制算法的验证。

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摘要

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第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 螺纹联接装配的研究现状

1．2．1 螺纹联接装配的研究现状

1．2．2 国内外螺纹联接装配系统的研究现状

1．2．3 螺纹联接的拧紧控制方法的研究现状

1．3 课题研究意义及研究内容

1．3．1 课题的研究意义

1．3．2 研究内容

1．4 本章小结

第2章 螺纹联接装配设备的机构设计

2．1 螺纹联接装配设备的构成及工作过程

2．1．1 螺纹联接装配设备的构成

2．1．2 螺纹装配系统的工作过程

2．2 螺纹自动拧紧机构的原理与结构

2．2．1 螺纹自动拧紧机的组成

2．2．2 螺纹自动拧紧轴的结构

2．3 多路阀初步装配升降平台的机构设计

2．3．1 多路阀初步装配升降平台的工作原理

2．3．2 多路阀初步装配升降平台的结构设计

2．4 本章小结

第3章 螺纹联接装配的关系模型及工作流程

3．1 螺纹联接的预紧及其预紧力

3．1．1 螺纹联接的预紧力

3．1．2 螺纹联接的最大预紧力

3．2 螺纹联接装配中的关系模型

3．2．1 预紧力与拧紧力矩的关系模型

3．2．2 预紧力与拧紧转角的关系模型

3．2．3 拧紧力矩与拧紧转角的关系模型

3．2．4 弹性区域拧紧转角的确定

3．3 螺纹联接的控制方法及工作流程设计

3．3．1 螺纹联接的控制方法确定

3．3．2 拧紧控制的目标转矩设计

3．3．3 拧紧控制的工作流程研究

3．4 本章小结

第4章 螺纹联接拧紧单元的建模与控制

4．1 螺纹联接拧紧单元的建模

4．1．1 伺服电机的数学模型

4．1．2 机械传动系统的结构及建模

4．2 伺服电机的控制策略研究

4．2．1 伺服电机转速的轨迹规划

4．2．2 带模型补偿的PI极点配置

4．3 仿真结果

4．4 本章小结

第5章 螺纹联接拧紧转速调节实验

5．1 实验平台的设计

5．1．1 实验系统的组成及介绍

5．1．2 dSPACE DS1103控制器板

5．2 伺服电机转速调节实验系统的系统辨识

5．2．1 时域系统辨识及结果

5．3 实验测试结论及分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献