卧式双机联合自动钻铆系统空间定位精度保障技术研究

发布时间：2020-08-04 21:10

【摘要】：自动钻铆机是飞机数字化装配中不可缺少的航空制造高端工艺装备。为了提高飞机壁板的自动钻铆质量,保证自动钻铆机的定位精度是重要的基础和前提。传统的自动钻铆系统多依托数控托架或柔性工装,限制了加工对象尺寸和进出站方式,产品需要吊装上架和预定位安装,钻铆准备工作周期长,综合离地工作效率不高。因此,浙江大学自主研制了一套新型卧式双机联合自动钻铆系统,本文以此为应用背景,对双机协同工作系统的空间定位精度保障技术进行研究,并重点研究了双机关联运动学建模、运动学参数联合标定与协同位姿误差补偿等关键技术,以实现自动钻铆系统在双机协同工作空间内的精准定位,从而提高飞机壁板自动钻铆加工质量和效率。本文主要研究内容和创新点如下:阐述了自动钻铆技术在飞机装配中的重要作用及其发展现状。详细介绍了面向飞机壁板装配的卧式双机联合自动钻铆系统的结构布局和加工工艺流程。为了精准地实现自动钻铆系统双机协同运动,构建了所需的系统坐标系体系,建立了自动钻铆系统双五轴关联运动学模型,给出了双机位姿约束方程,并对卧式双机联合自动钻铆系统的协同工作空间进行了分析与表达。根据自动钻铆系统双机协同工作模式和钻铆工艺需求,分析了自动钻铆系统定位误差,提出了一种双机位姿精度评价指标,并分别基于激光跟踪仪和专用测量工装给出了双机位姿误差测量和快速校验的方法。定义了卧式双机联合自动钻铆系统的运动学参数,并在双机位姿误差测量的基础上,提出了一种基于位姿协调的双机运动学参数联合标定方法,建立了综合位姿优化目标函数,并合理地选择测量点数目、设置参数初值与收敛准则,采用Levenberg-Marquardt(L-M)法对双机运动学参数进行了快速同步辨识。通过实验对双机运动学参数联合标定方法进行了验证,并与传统运动学标定方法进行了对比。研究了自动钻铆系统双机协同位姿误差预测与补偿技术。首先,基于运动合成与分解的思想,提出了一种自动钻铆系统双机协同工作空间离散方法,将双五轴协同工作空间描述为三维平动轴协作空间与二维转动轴协作空间的叠加,在一定程度上降低了工作空间维度,有助于提高网格误差补偿的效率。然后,综合考虑了几何误差、重力变形和热误差等因素对自动钻铆系统双机协同位姿精度的影响,建立了多因素耦合作用下的双机协同位姿误差预测模型,可实现对任意温度和空间位姿处的协同位姿误差预测。基于自动钻铆系统中内、外侧主机的主、从运动关系,提出了双机末端协同位姿误差补偿策略,实现了卧式双机联合自动钻铆系统在协同工作空间内的精准定位,有助于提高飞机壁板自动钻铆加工的质量和效率。通过实验对双机协同位姿误差预测与补偿方法进行了验证,并与传统网格误差补偿方法进行了对比。最后,对全文的研究工作进行了总结和概况,并对有待进一步研究的内容进行了分析和展望。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V262.4
【图文】：

在数控技术的推动下向半自动、全自动钻铆方向的发展，成为制造业发展的要求逡逑和必然趋势。如今在飞机装配过程中，由于零部件结构局限性等原因，传统手工逡逑铆接仍然存在［１６，３３］，如图１．１所示。逡逑图１．１飞机装配过程中的人工铆接逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｍａｎｕａｌ邋ｒｉｖｅｔｉｎｇ邋ｉｎ邋ａｉｒｃｒａｆｔ邋ａｓｓｅｍｂｌｙ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑从动力来源上看，铆接机床的发展经历了蒸汽驱动（邋１８３８？１８８０年）、液压逡逑驱动（１８６５？１９００年）、压缩空气驱动（１８７５？１８８５年）、混合动力驱动（１８８０￣１９２５逡逑３逡逑

其代表产品有机身钻铆系统Ｇ２０００、Ｇ４和机翼钻铆系统ＷＲＳ邋（Ｗｉｎｇ逡逑Ｒｉｖｅｔｉｎｇ邋Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｇ８６等，被广泛应用于波音７８７、空客Ａ３８０等的飞机机身和逡逑机翼壁板装配系统［３９］。如图１．２所示。逡逑－：］逡逑；Ｌ．邋ｘ逦１逦娭…：逡逑鼍邋＾逡逑图１．２美国ＧＥＭＣＯＲ公司的自动钻铆系统逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ａｕｔｏｍａｔｉｃ邋ｄｒｉｌｌｉｎｇ邋ａｎｄ邋ｒｉｖｅｔｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍｓ邋ｏｆ邋ＧＥＭＣＯＲ邋ｉｎ邋ＵＳＡ逡逑美国Ｅｌ邋（Ｅｌｅｃｔｒｏｉｍｐａｃｔ）公司也是自动钻铆设备的重要供应商之一，该公司逡逑４逡逑

壁板装配系统中［４４，４５］。除了采用电磁铆接方式之外，美国ＥＩ公司也研制了采用逡逑压铆方式的Ｅ７０００系列自动钻铆机，其铆接速率可达到１５？２０个／ｍｉｎ，可以实现逡逑对大曲率壁板的快速装配。如图１．３所示。逡逑丨馨W逡逑

本文编号：2781084