碳纖維復(fù)合材料與鋁合金的復(fù)合航空疊層材料目前被廣泛應(yīng)用在飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身蒙皮等飛機(jī)重要組件上。然而該材料較大的強(qiáng)度與剛度也預(yù)示著其難加工性,鉆孔過程中鉆削力較大。而當(dāng)前航空制造業(yè)領(lǐng)域最常用的制孔方式為機(jī)器人自動化制孔技術(shù),由于其機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)剛度較低,鉆削力過大將會導(dǎo)致機(jī)器人鉆孔姿態(tài)變形并產(chǎn)生加工震顫,嚴(yán)重影響制孔質(zhì)量與鉆孔精度。為此本文在機(jī)器人制孔的基礎(chǔ)上引入旋轉(zhuǎn)超聲鉆削技術(shù),選取不同的刀具類型、超聲參數(shù)與鉆削參數(shù),開展基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究、鉆削結(jié)果建模研究和加工參數(shù)優(yōu)化研究。此外,本文中以最大軸向力作為鉆削力的采集與判斷標(biāo)準(zhǔn)。首先,采用三尖鉆與麻花鉆兩種不同的鉆削刀具開展機(jī)器人航空疊層材料的鉆削實(shí)驗(yàn),觀察和分析不同刀具進(jìn)行鉆削時鉆削力以及加工質(zhì)量的變化。通過對不同刀具切削刃結(jié)構(gòu)與幾何參數(shù)的分析,闡明了不同刀具鉆削力變化的原因。并分析歸納了超聲振動參數(shù)與鉆削工藝參數(shù)對航空疊層材料鉆削力的影響機(jī)理和規(guī)律。采用偏最小二乘算法,構(gòu)建了機(jī)器人旋轉(zhuǎn)超聲鉆削力的預(yù)測模型,平均誤差為8.02%,驗(yàn)證了模型的合理性和準(zhǔn)確性。其次,開展機(jī)器人鉆削和機(jī)器人旋轉(zhuǎn)超聲鉆削質(zhì)量與鉆削精度的對比實(shí)驗(yàn)研究。利用激光顯微鏡,測... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

KUKA機(jī)器人自動制孔系統(tǒng)

。1.3.1機(jī)器人自動制孔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工原理2001年，美國Electroimpact公司和英國空客公司聯(lián)合設(shè)計了一套機(jī)器人自動制孔系統(tǒng)ONCE（OneSidedCellEndEffector），該系統(tǒng)主要用于波音飛機(jī)的機(jī)翼后緣襟翼的制孔和檢測，在復(fù)合材料與鋁、鈦合金等疊層上制孔時，制孔直徑范圍可達(dá)3.73-9.525mm，定位精度最高為5.1mm，沉孔深度精度可達(dá)0.0635mm。波音澳大利亞HDH公司基于KUKA工業(yè)機(jī)器人構(gòu)建了機(jī)器人自動制孔系統(tǒng)，該系統(tǒng)定位精度為0.508.mm，專門用于波音737副翼的鉆孔與裝配連接，如圖1.2所示。圖1.2KUKA機(jī)器人自動制孔系統(tǒng)圖1.3機(jī)器人終端執(zhí)行器壓角示意圖機(jī)器人制孔系統(tǒng)主要由工業(yè)機(jī)器人、制孔終端執(zhí)行器與機(jī)器人運(yùn)動軌道三部分組成。在制孔過程中，電機(jī)沿軌道運(yùn)行，將機(jī)器人移動到預(yù)定的鉆削合適位置。然后工業(yè)機(jī)器人手臂通過各關(guān)節(jié)處的協(xié)調(diào)運(yùn)動，將制孔終端執(zhí)行器定位到準(zhǔn)確的制孔位置。接下來的鉆孔操作由制孔終端執(zhí)行器完成，包括刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、刀具進(jìn)給運(yùn)動及壓緊、吸屑等輔助操作。一般制孔終端執(zhí)行器前端配備壓腳結(jié)構(gòu)，作用是壓緊工件以消除疊層間隙，并達(dá)到增加機(jī)器人手臂的剛性的作用，如圖1.3所示。壓腳的壓緊和松開動

碩士學(xué)位論文機(jī)器人旋轉(zhuǎn)超聲鉆削CFRP/鋁合金疊層材料的實(shí)驗(yàn)研究132機(jī)器人旋轉(zhuǎn)超聲鉆削CFRP/鋁合金疊層材料的鉆削力實(shí)驗(yàn)研究2.1引言在機(jī)器人鉆削航空疊層材料時，疊層材料較大的剛性與強(qiáng)度導(dǎo)致其加工難度較大，在制孔加工時會出現(xiàn)鉆削力過大問題。而機(jī)器人加工平臺剛度較低，鉆削力過大會嚴(yán)重影響機(jī)器人原本的鉆削姿態(tài)，使其加工角度變形并產(chǎn)生加工震顫，影響制孔質(zhì)量與制孔精度。而旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)由于其特有的斷續(xù)切削加工機(jī)理，在減小鉆削力方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，因此本章嘗試引入機(jī)器人旋轉(zhuǎn)超聲鉆削技術(shù)，開展機(jī)器人鉆削與機(jī)器人旋轉(zhuǎn)超聲鉆削航空疊層材料的鉆削力對比實(shí)驗(yàn)，研究刀具類型、超聲振動參數(shù)與工藝參數(shù)對航空疊層材料鉆削力的影響，分析參數(shù)變化對鉆削力的影響規(guī)律。并利用偏最小二乘算法構(gòu)建機(jī)器人旋轉(zhuǎn)超聲鉆削航空疊層材料的鉆削力預(yù)測模型。2.2旋轉(zhuǎn)超聲鉆削運(yùn)動學(xué)分析旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)是一種復(fù)合加工技術(shù)，其原理為在傳統(tǒng)的鉆削過程中，給刀具施加超聲頻率（20KHz以上）的軸向振動，使得原有的連續(xù)式切削過程改為高頻斷續(xù)切削。圖2.1疊層材料旋轉(zhuǎn)超聲鉆削示意圖圖2.1為旋轉(zhuǎn)超聲鉆削運(yùn)動示意圖，根據(jù)旋轉(zhuǎn)超聲鉆削的特點(diǎn)可得加工過程中刀尖點(diǎn)的運(yùn)動軌跡方程為：0()sin(2)zfStSAftvt(2.1)0()2cos(2)zfvtvAfftv(2.2)220()4sin(2)zataAfft(2.3)式中：A為超聲振幅(μm)，f為超聲頻率(Hz)，vf為進(jìn)給速度(mm/s)，t為加工時間(s)。

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本文編號：2951420