基于工业机器人的飞机交点孔孔口倒角加工技术研究

摘要

为了去除因机加工产生的毛刺以及便于零件间装配，在飞机装配现场需要对飞机交点孔孔口进行倒角加工作业。然而装配现场的飞机交点孔的工装设备复杂，操作空间狭小，使得传统机床难以使用，只能依靠效率与质量难以保证的手动加工。针对这种情况，本文以工业机器人为加工平台，构建了一套飞机交点孔孔口倒角加工系统。论文主要研究内容如下:
　　首先阐述了论文的研究背景和意义，介绍了机器人在飞机装配中的应用及其关键技术的研究现状，结合实际工程需求，提出基于工业机器人及制孔末端执行器的飞机交点孔孔口倒角加工方法;介绍了工业机器人孔口倒角加工系统的结构组成、控制系统组成，详细说明了机器人孔口倒角试验加工工艺流程。
　　构建了机器人孔口倒角切削力模型，在综合考虑机器人刚度特性、倒角加工特点及压脚作用的基础上，构建了系统动力学模型，通过机器人关节刚度辨识试验及模态分析试验，获得固定倒角姿态下动力学微分方程参数。基于四阶龙格库塔法数值求解结果对振动成因进行了深入分析，发现在轴向力作用下机器人产生明显动态变形，在径向力与切向力作用下机器人则发生明显强迫振动，振动的主体是机器人本体。
　　提出了一种机器人反向倒角切削方法，以抑制振动的发生:反向倒角的轴向力方向与正向倒角时相反，对机器人起到的是“拉力”作用，这使机器人进一步压紧在工件上，起到了增大压脚压力，提高系统稳定性的作用;压脚与工件间的摩擦力能够低抵消切向力与径向力对机器人的作用，从而抑制振动发生。验证试验表明了机器人反向倒角切削的可靠性，其加工表面粗糙度可达Ra1.6μm以内，倒角最大最小宽度差在0.05mm以内。
　　构建了机器人反向倒角表面粗糙度预测模型。模型以切削速度、进给量、压脚压力和光栅尺位移为输入量，以倒角的表面粗糙度Ra值级别为输出量，基于RBF神经网络建立机器人孔口倒角表面粗糙度预测模型，结合在线方法实现了对表面粗糙度的有效控制，模型验证结果相对误差小，为孔口倒角的可靠加工提供了保障。
　　文章最后对基于工业机器人的飞机交点孔孔口倒角加工所做工作进行了总结，并对进一步研究内容进行了分析和展望。

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致谢

摘要

本文使用的插图清单

本文使用的插表清单

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 机器人加工技术研究现状

1．2．1 机器人在飞机装配中的应用

1．2．2 关键技术研究现状

1．3 切削加工振动研究

1．3．1 切削加工振动类型及建模研究现状

1．3．2 机器人加工振动研究

1．4 研究内容和总体框架

第2章 机器人孔口倒角加工试验系统

2．1 系统结构组成

2．1．1 工业机器人

2．1．2 末端执行器

2．1．3 飞机交点孔

2．1．4 机器人移动平台和激光跟踪仪

2．2 控制系统组成

2．3 机器人倒角加工工艺流程

2．4 本章小结

第3章 机器人孔口倒角加工系统动力学建模

3．1 切削力建模及验证

3．1．1 切削力建模

3．1．2 模型验证

3．2 压脚对系统的作用

3．3 固定位姿下机器人倒角系统建模

3．3．1 机器人刚度模型

3．3．2 机器人在单方向上的刚度特性

3．3．3 系统动力学建模

3．4 动力学方程参数计算

3．4．1 刚度测试及计算

3．4．2 系统模态分析

3．4．3 动力学方程参数计算及确定

3．5 本章小结

第4章 振动分析及其抑制

4．1 振动分析

4．2 机器人反向倒角振动抑制方法

4．2．1 反向倒角抑制振动原理

4．2．2 压脚压力的选取

4．3 试验验证

4．4 本章小结

第5章 机器人孔口倒角表面粗糙度预测研究

5．1 表面粗糙度评定参数

5．2 机器人孔口倒角表面粗糙度影响因素及预测方法选取

5．2．1 影响因素分析及选取

5．2．2 预测方法分析及选取

5．3 机器人孔口倒角表面粗糙度模型建立及验证

5．3．1 预测模型建立

5．3．2 模型验证

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献