船体外板加工成型是船舶制造关键工艺之一,传统的手工弯板作业已经无法满足现代化造船需要。为了保证弯板质量、降低劳动力强度、提高生产效率,适应先进制造技术的发展需求,实现自动化弯板已经成为必然趋势。本课题针对船体艏艉等部位曲率大、面积较小的外板,因焰道线布置紧密甚至交叉而使得加工成型工艺复杂,研究难度大且国内外相关研究较少的现状,对大曲率船体外板加工成型工艺多轴联动控制系统进行了研究。本文首先在分析水火弯板工艺特点基础上研究设计了一台基于火枪双摆头型五轴联动的多轴运动控制弯板机。主要研究：(1)对多轴联动平台、五轴联动机构机械结构、火枪姿态控制原理进行详细分析,在硬件结构和控制原理上,实现火枪空间任意加工姿态的摆动；(2)确定采用工控上位机+运动控制器+PLC的开放结构形式,并对多轴运动控制、PLC控制等模块硬件设计及控制方式进行具体分析,实现PC机对多轴联动控制系统的开环控制。在所设计的硬件平台的基础上,本文进一步建立了整个多轴运动控制系统运动学模型,主要研究：(1)根据弯板机五轴结构建立了相应运动链模型,通过相邻运动副的坐标系转换,确定了工具坐标系到工件坐标系的转换关系,完成火枪五轴联动运动控制数学模型的建立；(2)对火枪双旋转轴的多解进行分析和选择,提出转角差绝对值之和最小的控制方案；(3)分析火枪旋转、水枪跟随模型,得到各轴伺服位移量,并进行了试验分析。以上工作的完成为多轴控制系统其他理论分析奠定了基础。鉴于在加工大曲率船体外板时火枪与船板极易因机床的振动发生碰撞,本文对机床加减速控制算法进行了深入的分析,主要研究：(1)根据变量连续和边界条件构造了一种加速度和加加速度均一阶连续的三角函数加减速控制方法；(2)对三角函数加减速算法过程中各种情况进行分段分析,并依次给出了对应的参数解；(3)通过S型和三角函数型加减速控制算法数据仿真对比,验证了算法的有效性。本文最后对多轴联动控制系统的软件结构进行分析,主要研究：(1)详细设计运动控制、PLC控制程序；(2)分析运动控制器与PLC模块间通信数据包和浮点数通信模式,解决了运动控制器与PLC间数据通信的实时性和准确性。本弯板控制系统通过将高效的联动控制算法与多轴联动硬件平台相结合,将大大提高大曲率外板的加工精度和效率,并为进一步的弯板自动化控制技术的试验及更高水平的自动化弯板设备研发提供了平台和理论基础。