机器人制孔压紧力研究

作     者：刘雪锋 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱伟东

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：机器人制孔 压紧力 刚度 有限元 层间毛刺 

摘      要：飞机数字化装配是飞机制造的重要环节,飞机构件连接孔的质量对装配精度和装配质量起着重要作用。随着飞机寿命、气动效率等性能指标的提升,传统的手工制孔,制孔精度和制孔效率已经不能满足飞机装配的要求。机器人制孔技术凭借着高精度和高效率,逐步取代手工制孔,成为飞机制孔的重要方式。机器人末端执行器刚度较弱,制孔时易发生变形,产生振动。一般在末端执行器上集成压脚装置,提高刚度性能,抑制振动。根据制孔系统的结构特点,建立机器人制孔姿态下的刚度模型。分析压脚装置的气动关系,根据气体方程,建立机器人位移和气缸压强的关系。将工件等效成刚体,将机器人简化成质量-弹簧-阻尼模型,推导机器人制孔系统的传递函数和动刚度表达式。通过锤击法测量机器人制孔系统的固有频率和阻尼比,计算系统的传递函数,仿真不同压紧力下的动态响应曲线。压紧力可以有效的增大机器人制孔系统的动刚度,提升系统的刚度和阻尼性能。机器人制孔系统加工叠层工件时,为抑制层间毛刺的生长,压脚装置施加压紧力,抑制层间间隙。分析叠层工件层间毛刺的产生原理,建立层间毛刺高度和层间间隙的关系。将叠层工件简化成固支梁模型,分析压紧力对层间间隙的影响。考虑工件厚度和压紧力因素,设计响应面实验,通过有限元数值仿真获取层间间隙,构建响应面模型。结合工件厚度和无毛刺的要求,精确预测压紧力。实验表明,随着压紧力的增大,层间毛刺逐渐减小。采用预测的压紧力,层间毛刺高度均低于0.1mm,满足无毛刺的制孔要求。基于有限元的压紧力预测方法,实现了压紧力的快速准确预测,为机器人制孔压紧力的选择提供了理论依据。