椭圆窝自动化加工技术研究

摘要

高效灵活的机器人柔性制孔系统代替低效繁琐的人工作业是飞机数字化装配发展的必然趋势，多功能末端执行器的开发和新工艺的探索研究是飞机装配实现全面自动化的关键环节。现代军用飞机为提高机体性能，广泛采用整体式机翼，但整体式机翼壁板在装配中需要用到一种椭圆头无耳托板螺母进行单侧固定，因此，需要在飞机机翼骨架上加工出端面类似椭圆形状的窝。传统手工加工工具简陋，加工质量依赖工人的技术水平，加工出的椭圆窝存在窝形不对称，质量不统一等缺陷，大大降低了整体式机翼壁板装配的可靠性。工业六轴机器人配备相应的专用执行器代替人工加工，是目前最好的解决方案，但其中涉及的工艺难题亟待解决。
　　本文通过分析国内外机器人终端执行器的性能特点和发展趋势，结合航空紧固件的发展概况，指出了椭圆窝执行器的开发和椭圆窝制造工艺的研究势在必行。在深入分析椭圆窝结构特点和加工原理的基础上，提出了锪刀与摆动中心的相对位置关系是决定椭圆窝外形的关键因素，进而推导出了椭圆窝摆动中心公式。结合椭圆窝的成形原理，对椭圆窝执行器的基本结构、功能特点和工作原理进行了详细介绍，通过分析椭圆窝执行器各部件相对角度偏差在压脚局部坐标系的投影分量对椭圆窝加工精度的影响，提出了相对角度偏差的精度要求，从而使加工系统误差控制在许用范围以内。利用LeicaAT901型激光跟踪仪对整个椭圆窝执行器进行了标定。使用标定数据，对椭圆窝窝形参数进行理论计算，使用计算结果进行了窝形试验，总结出了椭圆窝实际窝形与理论窝形的常见偏差形式及相应的补偿方法。以NAS6型椭圆窝为例，在铝合金材料上进行了加工参数优化试验，试验结果表明，为消除椭圆窝制造过程中产生的振纹，在考虑材料加工特性的基础上，应尽量选用高转速配合低的进给速度，同时选择较高的摆动角速度，以降低椭圆窝制造过程中加工系统的切削力峰值，弱化系统振动，提高椭圆窝窝面加二质量。采用调整和优化后的椭圆窝窝形参数和加工参数加工出的NAS6型椭圆窝，长短径尺寸误差在0.05mm以内，标准螺母端面与工件表面的高度偏差在0.02mm以内，窝面粗糙度达Ra1.6，满足整体式机翼装配的要求。

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摘要

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第1章 绪论

1．1 引言

1．2 机器人终端执行器国内外发展现状

1．2．1 ONCE机器人末端执行器

1．2．2 瑞典NOVATOR螺旋铣终端执行器

1．2．3 BR(O)TJE公司双机器人协同钻铆系统

1．2．4 其他类型的机器人终端执行器

1．3 航空紧固件

1．3．1 传统航空紧固件概况

1．3．2 专用航空紧固件

1．4 激光跟踪仪技术

1．6 论文的背景和意义

1．7 论文的主要研究内容

第2章 椭圆窝结构特点和加工原理

2．1 椭圆螺母与椭圆窝

2．1．1 椭圆头无耳托板螺母

2．1．2 椭圆窝

2．2 椭圆窝加工原理

2．2．1 传统人工加工方法

2．2．2 机器人锪椭圆窝加工原理

2．3 椭圆窝摆动中心公式

2．3 本章小结

第3章 椭圆窝执行器

3．1 椭圆窝执行器

3．2 椭圆窝执行器的标定

3．2．1 标定原理

3．2．2 标定系统

3．2．3 标定过程

3．3 椭圆窝执行器控制软件

3．4 本章小结

第4章 椭圆窝窝形参数计算和调整

4．1 椭圆窝窝形参数的计算

4．2 椭圆窝窝形参数的调整

4．3 椭圆窝窝形精度的测量

4．4 本章小结

第5章 椭圆窝加工参数的计算和优化

5．1 椭圆窝加工参数的计算

5．2 椭圆窝加工参数优化试验

5．2．1 椭圆窝加工系统

5．2．2 测力系统和椭圆窝受力特点

5．2．3 试验结果分析和加工参数优化

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