基于工業(yè)機(jī)器人的飛機(jī)交點(diǎn)孔精鏜加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、交點(diǎn)孔作為飛機(jī)大部件裝配連接的關(guān)鍵部位，其位姿精度直接影響飛機(jī)部件之間的互換協(xié)調(diào)性和飛機(jī)整機(jī)的裝配質(zhì)量。為了消除裝配過程中由于定位和裝配變形等原因形成的累積誤差，保證交點(diǎn)孔位姿精度要求，在飛機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)其進(jìn)行精加工。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床占地面積大、靈活性差，無法應(yīng)用于工裝設(shè)備密集、工作空間狹小的飛機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)。為此，本文提出了一種基于工業(yè)機(jī)器人的交點(diǎn)孔精鏜加工方法，并針對(duì)機(jī)器人存在的機(jī)械剛度較低、定位精度較差、易產(chǎn)生變形和振動(dòng)等問題，深入研

2、究了機(jī)器人位姿優(yōu)化、誤差補(bǔ)償和振動(dòng)抑制等關(guān)鍵技術(shù)，以保證交點(diǎn)孔的位姿精度和加工質(zhì)量。論文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　闡述了飛機(jī)交點(diǎn)孔的重要作用及其加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。介紹了基于工業(yè)機(jī)器人的交點(diǎn)孔精鏜加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和加工工藝流程。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的準(zhǔn)確定位，構(gòu)建了加工系統(tǒng)完整的坐標(biāo)系體系，給出了工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的具體標(biāo)定方法，并采用Denavit-Hartenberg方法建立了系統(tǒng)所用KUKA KR360-2機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)

3、學(xué)方程。
　　在深入研究機(jī)器人剛度模型及剛度特性的基礎(chǔ)上，揭示了機(jī)器人在單方向上的平移變形與所受外力之間的嚴(yán)格線性關(guān)系，提出了一種可以定量地評(píng)價(jià)機(jī)器人處于某一位姿時(shí)剛度大小的性能指標(biāo)。該指標(biāo)具有坐標(biāo)系不變性，參考坐標(biāo)系的不同不會(huì)影響其對(duì)機(jī)器人剛度性能的評(píng)價(jià)結(jié)果。以該指標(biāo)最大化為目標(biāo)，對(duì)于普通孔加工（無干涉、無第7軸）和飛機(jī)交點(diǎn)孔加工（有干涉、有第7軸）等不同情況，分別建立了不同的機(jī)器人位姿優(yōu)化模型，并采用基于雅克比矩陣的迭代IKP

4、法對(duì)模型進(jìn)行了求解。通過機(jī)器人受力變形試驗(yàn)驗(yàn)證了剛度性能指標(biāo)的正確性，而機(jī)器人在壁板鉆孔和交點(diǎn)孔鏜孔中的具體應(yīng)用實(shí)例也證明了位姿優(yōu)化方法的有效性。
　　研究了基于激光跟蹤儀的機(jī)器人位姿誤差補(bǔ)償技術(shù)。對(duì)于機(jī)器人末端物體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不規(guī)則而導(dǎo)致其位姿難以直接測(cè)量的情況，提出了一種基于點(diǎn)集匹配運(yùn)算的位姿誤差補(bǔ)償方法，借助于輔助定位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人位姿誤差的計(jì)算和補(bǔ)償;對(duì)于機(jī)器人鏜孔加工這一特殊情況，提出了一種面向?qū)ο蟮奈蛔苏`差補(bǔ)償方法

5、，直接測(cè)量計(jì)算鏜孔刀具的位置誤差和方向偏差，并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。在飛機(jī)交點(diǎn)孔精加工中，通過上述方法，機(jī)器人末端鏜孔刀具的位置精度可以調(diào)整到0.05mm，方向精度可以調(diào)整到0.05°，滿足了某大型飛機(jī)交點(diǎn)孔的位姿精度要求。
　　在綜合考慮機(jī)器人鏜孔加工特點(diǎn)及其剛度特性的基礎(chǔ)上，研究揭示了鏜孔加工的振動(dòng)機(jī)理:振動(dòng)的主體為機(jī)器人自身，振動(dòng)的類型為具有位移反饋的強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，而且該橢圓的形態(tài)與主軸旋轉(zhuǎn)頻率密切相關(guān)。根據(jù)