面向机器人自动化叠层制孔过程的压紧力优化

发布时间：2017-11-24 14:29

  本文关键词：面向机器人自动化叠层制孔过程的压紧力优化

  更多相关文章： 叠层壁板 压紧力 叠层间隙 薄板小挠度理论 机器人制孔

【摘要】：在飞机数字化装配过程中,为了保证装配孔的同轴度以及制孔效率,连接孔往往是在叠层状态下加工的。由于装配误差和轴向钻削力的影响,叠层件在加工过程中会产生层间间隙,给毛刺生长提供了物理空间。层间毛刺的存在不仅会降低装配精度影响装配质量,在受到周期交变载荷时连接部位还容易产生疲劳裂纹,从而降低飞机结构的抗疲劳性能。为满足飞机数字化装配的高质量和长寿命的需求,控制叠层件制孔过程中的层间毛刺高度显得尤为重要。相比于其它部位,叠层壁板制孔区域具有结构简单、刚度较弱等特点。在实际工程应用中,控制层间毛刺的主要方法是在制孔过程中施加单向压紧力来减小层间间隙,抑制毛刺的生长。目前选择压紧力的大小全凭工人经验,过低的压紧力达不到消除叠层间隙,抑制毛刺生成的作用,反之选取的压紧力过大又会使制孔时工件形变量过大,降低孔几何精度。因此有必要对飞机叠层壁板自动化制孔过程中所施加的预压紧力值进行优化。本文首先综述了飞机数字化装配连接技术的研究与发展现状,阐述了机器人自动化制孔技术在国内外的最新研究成果和应用现状。同时,分析了制孔时叠层毛刺产生的原因以及单向压紧力技术对消除叠层毛刺的重要性,并详细介绍了关于毛刺控制技术得一些国内外研究成果。然后,基于弹性力学相关理论对叠层制孔过程进行理论建模,阐述了压紧力消除叠层间隙的基本原理,并通过薄板小挠度理论计算出受压紧力和轴向钻削力共同作用时叠层壁板各处的挠度,从而得出消除叠层间隙所需要的最小压紧力。接下来,基于ABAQUS有限元软件,根据实际制孔参数对叠层制孔过程进行有限元建模与仿真,通过对比不同压紧力下的仿真结果,得到了最优压紧力并与理论分析结果进行对比,解释了误差产生的原因。最后,以机器人自动化制孔系统为实验平台,在不同的压紧力下进行叠层制孔实验,分析比较不同压紧力对层间毛刺高度的影响,从而验证理论分析和有限元仿真的正确性。实验结果表明：随着压紧力的增加,层间毛刺高度呈现先减小后趋向稳定的趋势,在特定工艺条件下最优压紧力大约在350N左右,在优化后的压紧力下制孔,层间毛刺的高度可以控制在0.08mm以内,达到无毛刺制孔的要求。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V262.4;TP242

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本文编号：1222593