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机器人自动化螺旋铣制孔过程压脚压紧力优化

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 飞机装配中机器人自动化制孔技术发展现状

1.2.1 国外机器人自动化制孔技术发展现状

1.2.2 国内机器人自动化制孔技术发展现状

1.3 螺旋铣制孔技术

1.3.1 传统制孔技术的特点

1.3.2 螺旋铣制孔技术及特点

1.3.3 国外螺旋铣制孔技术发展现状

1.3.4 国内螺旋铣制孔技术发展状况

1.4 飞机装配制孔中的压紧技术

1.5 课题研究背景和意义

1.6 课题主要研究内容及总体框架

1.6.1 课题主要研究内容

1.6.2 总体框架

第二章 机器人自动化螺旋铣制孔系统

2.1 机器人自动化螺旋铣制孔系统硬件

2.1.1 系统总体结构

2.1.2 工业机器人

2.1.3 机器人移动平台

2.1.4 螺旋铣末端执行器

2.1.5 激光跟踪仪

2.2 机器人自动化螺旋铣制孔控制系统

2.2.1 控制系统功能及硬件组成

2.2.2 机器人自动化螺旋铣制孔控制系统软件

2.3 压脚装置

2.4 机器人自动化螺旋铣制孔流程

2.4.1 制孔准备

2.4.2 制孔流程

2.5 本章小结

第三章 压脚压紧力许用范围解析计算

3.1 螺旋铣制孔力学模型的建立

3.1.1 螺旋铣制孔初始力学模型

3.1.2 螺旋铣制孔简化力学模型

3.2 壁板内应力计算公式

3.2.1 平板挠度的解

3.2.2 平板内应力与挠度的关系方程

3.3 压紧力许用范围计算

3,3.1 定义螺旋铣制孔模型具体参数

3.3.2 压紧力许用范围计算

3.4 本章小结

第四章 螺旋铣制孔过程有限元仿真

4.1 螺旋铣制孔过程有限元建模关键技术

4.1.1 有限元法基本步骤

4.1.2 材料的分离准则

4.1.3 材料的热传导模型

4.1.4 摩擦接触模型

4.2 螺旋铣制孔过程有限元建模

4.2.1 建立几何模型

4.2.2 网格划分

4.2.3 定义边界条件、载荷、运动及参考点

4.2.4 设置分析步

4.3 仿真结果及分析

4.3.1 压紧力对振动影响

4.3.2 应力云图与位移云图

4.4 本章小结

第五章 机器人自动化螺旋铣制孔实验

5.1 实验平台搭建

5.1.1 机器人自动化螺旋铣制孔系统

5.1.2 实验材料、刀具选择

5.2 轴向切削力测量实验

5.3 螺旋镜制孔实验

5.3.1 螺旋铣制孔实验流程

5.3.2 孔圆柱度对比

5.3.3 孔表面粗糙度及出口毛刺对比

5.4 影响制孔精度的其它因素

5.4.1 刀具长度

5.4.2 加工参数

5.4.3 设备精度

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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摘要

一架飞机的寿命主要由机体的寿命决定,而大部分的疲劳破坏发生在机身结构的连接部位上,可见连接孔的质量直接影响着飞机的寿命。为提高连接孔质量,深入研究机器人自动化螺旋铣制孔技术,填补国内空白,具有重要意义。在此背景下,本文基于飞机壁板机器人自动化螺旋铣制孔系统,提出了提高制孔精度的压脚压紧力参数优化方法,保障了加工孔质量。
  机器人自动化螺旋铣制孔系统主要由硬件与控制系统组成。硬件系统包括壁板及工装、机器人移动平台、工业机器人、螺旋铣末端执行器、激光跟踪仪、计算机等,通过SOCKET技术实现计算机与工业机器人网络通信连接,进而实现对工业机器人的运动控制;控制系统基于SynqNet实时现场总线技术,通过运动控制编程接口二次开发,实现对螺旋铣末端执行器及机器人移动平台等数控设备的集成控制,完成螺旋铣制孔过程的自动化功能。
  机器人自动化螺旋铣制孔系统利用压脚装置增强系统的动态刚度,抑制加工振动。压脚装置是自动化制孔中较广泛采用的一种单向压紧装置,位于螺旋铣末端执行器端部。压脚相对于执行器主轴的位置可通过绝对光栅尺实现实时反馈,将壁板在加工时产生的弹性变形量补偿到主轴的进给轴上,保证制孔精度。提出了一种利用纳维埃三角级数法计算壁板内应力,从而得到压脚压紧力许用范围的方法,确保选取许用范围内的压紧力不会使壁板产生塑性形变而导致失效。
  基于有限元软件ABAQUS,根据实际螺旋铣制孔参数建立了螺旋铣制孔过程的有限元模型,对比不同压紧力下的有限元仿真结果,给出了一种提高制孔精度及保障壁板强度的最优压紧力的取值方法。
  最后,利用课题组搭建的机器人自动化螺旋铣制孔系统平台,比较与分析不同压紧力对加工孔质量的影响,实验结果表明:在优化后的压脚压紧力作用下加工孔精度较高,出口毛刺较少,孔壁表面粗糙度也得到了提升。压紧力经过优化后加工孔圆柱度可有效控制在0.013mm以下,而孔内壁的表面粗糙度也可提升至Ra1.6以内。

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