面向精度设计的闸式剪板机及其系统研究

摘要

中国制造2025将高端数控机床列为重点发展对象，闸式剪板机作为一种家电、汽车、船舶、电子领域广泛应用的钣金加工设备，目前多停留在粗放式、低端化的设计制造阶段，产品的升级换代刻不容缓。本文面向闸式剪板机及其系统的精度设计，基于6×3200型剪板机，从结构和控制、误差建模、钣金自动生产线、智能监测系统四个方面出发，研究了全面提升闸式剪板机及其系统加工精度的关键技术。
　　通过分析国内外主要剪板机产品的性能与应用，结合剪板机的设计、剪切机理的研究和中国制造2025的时代背景，提出了剪板机未来高端化的发展方向。以6×3200型剪板机为基础，优化了闸式剪板机的结构、液压、控制系统方案，同时进行了剪切模拟仿真以及模态分析，提升了剪板机的单机加工精度。基于多体系统理论，描述了闸式剪板机的拓扑结构和低序体阵列，在考虑几何和安装误差的情况下，建立了剪板机的误差模型，进行了敏感性分析，从理论层面弥补了剪板机大量依靠经验设计的不足。针对手工上下料的弊端，提出了一种以闸式剪板机为基础的面向大尺寸薄板加工的钣金自动加工线方案，提升了剪板系统的高效性和精密性。在考虑影响剪切精度的众多因素情况下，组建了机床运行状态的有线+无线的监测网络，对剪板机机架喉口应变、液压缸温度、刀架振动进行在线检测，并利用云服务器构建产品的状态数据库，实现远程和现场的双重监控。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 课题意义

1．2 课题来源

1．3 剪板机研究现状

1．3．1 剪板机产品国外研究现状

1．3．2 剪切系统及机理国外研究现状

1．3．3 剪板机产品国内研究现状

1．3．4 剪切系统及机理国内研究现状

1．4 技术现状和发展趋势总结

1．5 主要研究内容

第二章 面向精度的闸式剪板机设计

2．1 闸式剪板机的简介

2．2 闸式剪板机主要结构设计

2．2．1 数控闸式剪板机设计参数

2．3 液压系统设计

2．3．1 液压控制方案

2．3．2 液压元件设计与选型

2．4 数控系统选型

2．5 模态与动力学分析

2．5．1 模态分析

2．5．2 瞬态动力学分析

2．6 本章小结

第三章 闸式剪板机的误差模型

3．1．1 误差分类

3．1．2 机床的误差项

3．1．3 基于多体系统理论的机床建模

3．1．4 机床的拓扑结构和低序体阵列

3．1．5 机床部件的几何描述

3．2 机床的运动模型

3．2．1 机床的理想运动模型

3．2．2 考虑误差时机床的运动模型

3．3 敏感度分析

3．4 本章小结

第四章 基于钣金加工的自动生产线

4．2 自动生产线总体方案

4．2．1 桁架机器人材料选择

4．2．3 同步带的选型与计算

4．2．4 Z轴方向传动方案

4．2．5 吸盘的选型及计算

4．2．6 直线导轨的选型

4．2．7 伺服电机的选型

4．3 自动化生产线整体结构

4．4 控制系统设计

4．4．1 控制系统的整体任务

4．4．2 控制系统I／O结构及分配

4．5 本章小结

第五章 闸式剪板机的智能监测系统

5．1 背景分析和整机说明

5．1．1 背景分析

5．1．2 系统模块

5．2 硬件

5．2．1 应变测量

5．2．2 液压系统温度测量

5．2．3 振动测量

5．2．4 网关和控制器

5．2．5 硬件架构及配置

5．3 数据传输与管理

5．3．1 传感器信号的采集

5．3．2 服务器的数据处理

5．4 软件功能分析

5．4．1 现场客户端软件功能

5．4．2 云服务器端软件功能

5．5 软件架构

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况