基于组焊的模具型面毛坯快速制造关键技术研究

论文摘要

大型模具快速制造技术是汽车新车型开发的瓶颈，近年来是研究的热点。本文在已有的研究基础上，提出了基于组焊的螺旋式离散型面模具快速制造系统并对其关键技术进行了研究。 该方法省去了传统模具毛坯的铸造工艺，采用加热后的厚钢板在离散型面模具上冲压成模具型面毛坯，然后将毛坯焊接到模架上制造模具毛坯。离散型面模具是该系统的关键设备之一，用于厚钢板的冲压成型，由大量紧密排列在模具底板上螺旋顶杆构成。调节上下模螺旋顶杆的高度，就可以改变模具的型腔曲面，从而可以冲压出不同型面的模具型面毛坯。为实现这一目的，需要计算顶杆高度和实施顶杆的快速调节。本文主要介绍根据CAD造型数据计算上下模冲压顶杆的高度，并开发一台顶杆高度自动调节机械手调节离散型面模具顶杆高度。 论文提出了用离散球心曲面的方法来计算冲压顶杆高度，避免了参数方程中对顶杆球头与型面接触点的搜索过程，且算法简洁和具有通用性。根据顶杆高度调节的特点，研制了一台具有4个调节头的机械手。 本文所采用的曲面离散化方法计算冲压顶杆高度和所开发的顶杆高度调节机械手，实现了对顶杆高度的准确、快速调节，通过冲压试验，证明了该方法的实用性和优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.3 大型模具离散型面快速制造技术方案简介
• 1.4 主要的研究对象和内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 离散型面模具成型原理与装备简介
• 2.1 冲压模具传统制造工艺
• 2.2 离散成型原理
• 2.3 最大理论成型梯度
• 2.4 理论成型板厚的影响因素分析
• 2.5 任意复杂型面的毛坯模块化
• 2.6 离散型面模具装备
• 2.7 本章小结
• 第3章 型腔曲面离散化和顶杆高度计算
• 3.1 顶杆高度计算方法
• 3.2 重构离散点的空间拓扑关系
• 3.2.1 离散点数据格式
• 3.2.2 离散点拓扑关系的搜索
• 3.3 球心曲面的生成
• 3.3.1 离散点法向量的计算
• 3.3.2 生成球心曲面
• 3.4 插值计算顶杆高度
• 3.5 顶杆高度软件算例
• 3.6 本章小结
• 第4章 顶杆高度调节机械手的设计
• 4.1 顶杆高度调节机械手系统构成
• 4.2 顶杆高度调节机械手机械部分设计
• 4.2.1 机械手结构方案选择
• 4.2.2 顶杆调节头的设计
• 4.2.3 调节手组件的设计
• 4.2.4 龙门框架的设计
• 4.2.5 平移关节的设计
• 4.3 顶杆高度调节机械手电气驱动、控制原理
• 4.3.1 电机及驱动器的选择
• 4.3.2 位移传感器的选择
• 4.3.3 控制器的设计
• 4.4 下位机控制软件的开发
• 4.4.1 控制器主程序
• 4.4.2 机械手各轴复位
• 4.4.3 下位机与上位机的串行通讯
• 4.4.4 顶杆高度调节模块设计
• 4.4.5 X、Y向移动子程序的设计
• 4.5 上位机监控程序的开发
• 4.5.1 程序主要功能
• 4.5.2 上位机串行通讯原理
• 4.5.3 顶杆调节机械手的路径规划
• 4.6 本章小结
• 第5章 离散型面模具冲压实例
• 5.1 离散型面模冲压实例过程
• 5.2 结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B（顶杆高度计算程序）