基于机器人的飞机蒙皮切边技术研究

作     者：朱灵盛 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董辉跃

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：工业机器人 蒙皮切边 离线编程 螺旋铣削 正交试验 铣削力 表面粗糙度 轮廓精度 

摘      要：蒙皮是构成飞机气动外形的关键零件,其精度对飞机的飞行稳定性有重要影响。蒙皮切边是在壁板成形后,将多余的蒙皮切割掉并进行修边的工艺过程。现代飞机制造中蒙皮切边方式主要有：手工切边、可重构柔性工装等,但是手工切边效率低下,劳动强度大并且精度难以保障;可重构柔性工装价格昂贵,我国在可重构柔性工装的研制方面起步较晚,应用并不广泛。因此,寻求一种高效、精确、经济的蒙皮切边方式是非常有必要的。本文以工业机器人铣削蒙皮试验系统为研究背景,针对机器人铣削蒙皮加工中存在的问题进行分析研究,验证了基于机器人的飞机蒙皮切边技术之可行性。本文首先综述了国内外蒙皮切边技术发展现状及工业机器人在飞机装配中的应用,并以机器人蒙皮切边技术为研究对象,阐述了论文的研究背景及意义,给出本文研究的主要内容。对构建的机器人铣削蒙皮试验系统平台,从KUKA工业机器人、机器人移动平台、螺旋铣终端执行器、激光跟踪仪测量系统、机器人自动控制系统等方面对其进行了分析介绍。根据蒙皮切边加工需求,制定了机器人铣削蒙皮的工艺流程。为了实现机器人沿复杂轨迹精确平稳运动,阐述了试验系统的各个坐标系及其构建过程,给出了机器人加工路径规划和离线编程方法。机器人和蒙皮的刚度相对较低,在铣削力作用下会引起较强的铣削振动导致切边质量差等加工缺陷。针对此问题,提出了一种螺旋铣削方法。通过螺旋铣削正交试验研究,建立了周向铣削力和表面粗糙度的经验模型,并对加工参数进行了极差分析,利用相对灵敏度模型确定了每公转进给量是影响周向铣削力和表面粗糙度最为显著的因素。综合考虑加工质量与效率要求,优选加工参数并进行试验验证。试验表明：机器人螺旋铣削蒙皮方法可有效抑制铣削振动,加工性能稳定,加工效率达48 mm/min,轮廓精度达±0.15 mm,表面粗糙度在4μm以内,切边无毛刺,实现了高效精确的蒙皮自动化切边,为飞机蒙皮切边提供了一种新的方法。