PLC管件焊接柔性夹具控制系统设计及其软件开发(3)

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制造过程的工艺设备包括刀具、夹具、检测设备及模具的选择和设计.为了降低装夹费用和生产准备时间，柔性装夹是必不可少的。一般说来，柔性夹具是指工件的形状和尺寸有一定变化后，夹具还能适应这种变化并继续使用的应变能力。柔性夹具是指用同一夹具系统,完成形状尺寸不同的多种工件装夹的装备系列相似,柔性夹具都具有能正确、可靠、快速的定位装夹功能。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等的需求日趋迫切，柔性制造发展颇为迅速。所以，夹具作为加工过程中不可缺少的装备，需要与制造业自动化、柔性化相匹配，其改革和创新不容忽视的。夹具作为一种较为特殊的机械产品，设计人员需要有丰富的设计发明经验和技能，设计人员的设计思路将直接决定夹具设计结果。夹具设计是一项需要有丰富设计经验的机械结构设计，它包括设计人员的知识、经验决策、计算和绘图，以及设计人员对机械结构的分析和结构设计技巧。因为当前的CAD软件只能绘图和三维建模等类似的用途，设计人员对于计算机在夹具设计方面的应用很少，因此管件夹具自动化程度不太高。要实现智能化柔性夹具设计，那么我们开发的柔性夹具设计系统要就综合设计人员的结构设计知识、设计经验、技能与智能计算机等方面的知识。运用这些技术就可以将设计经验进行综合、提炼、改进和升华，以设计高智能化的设计系统。

夹具是制造环节的重要资源之一，其设计受工件结构、加工方法和材料性能等多方面的综合影响。夹具的特点是设计成本高、设计经验要求高且产品制造周期容易被延长，因此计算机辅助柔性夹具设计已经成为研究的热点。事实上，柔性夹具模型自身难以继承与重用夹具设计知识，缺乏主动辅助设计者完成夹具设计工作的能力，仍然由设计者根据经验进行布局设计、元件选择、尺寸调整与装配建模[1]。本论文针对众多空间走向多样化的管件焊接，提出了一种柔性夹具装置。传统的柔性夹具一般采用的是带孔格板形式的台面或者槽系形式来实现夹具的定位夹紧，如果焊接夹具用这些夹紧方式，那么焊接过程产生的焊渣会掉落在孔系中或者槽系间，这样不但会影响整个机构的位置调整，还会降低夹具元件的使用寿命，同时如果采用此类似的柔性夹具，就不能实现连续的位置调整。所以针对关键焊接过程的特殊性，本设计提出的柔性夹具会区别于传统的柔性夹具，更加的智能和合理。

1.2管件焊接柔性夹具的简介

1.2.1管件焊接柔性夹具国内发展情况

在国内，焊接夹具系统主要是各个高校和企业合作，甘肃工业大学的王政在焊接工装方面比较有经验，通过模块化、渐增式系统开发方式和面向对象的程序设计方法

开发了焊接工装夹具三维参数化CAD系统，此系统基于Windows平台。北京航空航天大学开发的汽车焊接夹具CAD系统，以夹具的分析为设计基础，对焊接夹具设计误差计算进行了研究，并在标准件库的基础上实现了对汽车焊接夹具设计的标准化支持[3]。

1.2.2管件焊接柔性夹具国外发展情况

美国南伊利诺大学的W.M a、Z.Lei 、Y.Rong等人研制的计算机辅助标准夹具构型设计系统，当定义了几何模型和夹具兀素功能后，最终输出夹具装配图。

德国酉格蒙焊接工作台，将成组技术模块化的思想融入到管件焊接夹具中，使夹具的组装操作起来更加简单。

虽然人们认识到夹具在生产中的重要性，但夹具的设计和装配手段仍然过于传统，应用到计算机辅助的方面过少。为了缩短工业产品的生产周期，就要设计一个生产准备系统，可以让产品生产迅速。作为制约企业高速发展的一个关键环节，国内外专家学者已经对管件焊接柔性夹具系统做了大量研究，并且研究出部分原型系统。其中一些系统已经运用到实际生活中去，而且少数系统已经做成商品。但是，管件焊接柔性夹具系统的研究开发上不足的地方还很多，投入的资金力量大，收到的实际效益少。系统开发多，实际应用少，大部分研究仅仅是针对夹具其中某个设计阶段的理论研究，缺乏可操作性和实用性。这些焊接夹具系统的应用，使辅助设计工具在焊接夹具设计发挥重要作用，同时缩短了产品的生产周期。但是这些系统仅仅是针对夹具局部的辅助设计，没有充分考虑设计者在生产生活中的主导地位，设计人员的知识和经验可以对辅助设计工具检测和指导，设计知识等方面还没有完全应用到辅助设计工具中去。没有将夹具设计知识与人机界面，步进电机驱动等自动控制方面结合。因此管件焊接柔性夹具系统的发展使得人工智能的引入成为必然的趋势。