碳纖維復合材料與鋁合金的復合航空疊層材料目前被廣泛應用在飛機機翼、機身蒙皮等飛機重要組件上。然而該材料較大的強度與剛度也預示著其難加工性,鉆孔過程中鉆削力較大。而當前航空制造業(yè)領域最常用的制孔方式為機器人自動化制孔技術,由于其機械手臂結構剛度較低,鉆削力過大將會導致機器人鉆孔姿態(tài)變形并產生加工震顫,嚴重影響制孔質量與鉆孔精度。為此本文在機器人制孔的基礎上引入旋轉超聲鉆削技術,選取不同的刀具類型、超聲參數(shù)與鉆削參數(shù),開展基礎實驗研究、鉆削結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準。首先,采用三尖鉆與麻花鉆兩種不同的鉆削刀具開展機器人航空疊層材料的鉆削實驗,觀察和分析不同刀具進行鉆削時鉆削力以及加工質量的變化。通過對不同刀具切削刃結構與幾何參數(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理和規(guī)律。采用偏最小二乘算法,構建了機器人旋轉超聲鉆削力的預測模型,平均誤差為8.02%,驗證了模型的合理性和準確性。其次,開展機器人鉆削和機器人旋轉超聲鉆削質量與鉆削精度的對比實驗研究。利用激光顯微鏡,測... 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

KUKA機器人自動制孔系統(tǒng)

。1.3.1機器人自動制孔系統(tǒng)結構特點和加工原理2001年，美國Electroimpact公司和英國空客公司聯(lián)合設計了一套機器人自動制孔系統(tǒng)ONCE（OneSidedCellEndEffector），該系統(tǒng)主要用于波音飛機的機翼后緣襟翼的制孔和檢測，在復合材料與鋁、鈦合金等疊層上制孔時，制孔直徑范圍可達3.73-9.525mm，定位精度最高為5.1mm，沉孔深度精度可達0.0635mm。波音澳大利亞HDH公司基于KUKA工業(yè)機器人構建了機器人自動制孔系統(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機器人自動制孔系統(tǒng)圖1.3機器人終端執(zhí)行器壓角示意圖機器人制孔系統(tǒng)主要由工業(yè)機器人、制孔終端執(zhí)行器與機器人運動軌道三部分組成。在制孔過程中，電機沿軌道運行，將機器人移動到預定的鉆削合適位置。然后工業(yè)機器人手臂通過各關節(jié)處的協(xié)調運動，將制孔終端執(zhí)行器定位到準確的制孔位置。接下來的鉆孔操作由制孔終端執(zhí)行器完成，包括刀具旋轉運動、刀具進給運動及壓緊、吸屑等輔助操作。一般制孔終端執(zhí)行器前端配備壓腳結構，作用是壓緊工件以消除疊層間隙，并達到增加機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

碩士學位論文機器人旋轉超聲鉆削CFRP/鋁合金疊層材料的實驗研究132機器人旋轉超聲鉆削CFRP/鋁合金疊層材料的鉆削力實驗研究2.1引言在機器人鉆削航空疊層材料時，疊層材料較大的剛性與強度導致其加工難度較大，在制孔加工時會出現(xiàn)鉆削力過大問題。而機器人加工平臺剛度較低，鉆削力過大會嚴重影響機器人原本的鉆削姿態(tài)，使其加工角度變形并產生加工震顫，影響制孔質量與制孔精度。而旋轉超聲加工技術由于其特有的斷續(xù)切削加工機理，在減小鉆削力方面有著獨特的優(yōu)勢，因此本章嘗試引入機器人旋轉超聲鉆削技術，開展機器人鉆削與機器人旋轉超聲鉆削航空疊層材料的鉆削力對比實驗，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建機器人旋轉超聲鉆削航空疊層材料的鉆削力預測模型。2.2旋轉超聲鉆削運動學分析旋轉超聲加工技術是一種復合加工技術，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疊層材料旋轉超聲鉆削示意圖圖2.1為旋轉超聲鉆削運動示意圖，根據(jù)旋轉超聲鉆削的特點可得加工過程中刀尖點的運動軌跡方程為：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為進給速度(mm/s)，t為加工時間(s)。

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本文編號：2951420