工业机器人精镗飞机交点孔颤振研究及其数值模拟分析
本文选题：飞机装配 切入点：机器人精镗 出处：《浙江大学》2017年博士论文
【摘要】：终端执行器与工业机器人组成的加工系统是实现飞机交点孔精镗加工的有效方法,然而工业机器人属于典型的连杆串联结构,关节刚度弱,固有频率低,受到交变镗削力作用易发生振动。在压脚作用下,机器人精镗加工系统抵抗振动的能力虽然得到很大提高,但是仍然容易产生颤振,严重地影响了加工工件表面质量和镗削效率。为此,针对机器人精镗交点孔易产生颤振的难题,本文重点研究机器人精镗颤振机理、颤振的辨识、预报与抑制等关键问题,以保证交点孔的加工质量和镗削效率。论文主要研究内容如下:阐述了飞机交点孔的重要作用及其加工技术的发展现状,介绍了机器人精镗加工系统结构组成和加工工艺流程,构建了精镗坐标系与机器人坐标系,给出了机器人坐标系具体标定方法,并叙述了机器人精镗加工系统易于产生颤振的结构属性,切削颤振机理及其辨识、预测与抑制研究现状。采用Denavit-Hartenberg(D-H)法建立精镗加工系统所用ABB6600-175/2.55机器人的运动学方程,并在此基础上对机器人精镗加工系统进行关节刚度辨识及模态分析,获得精镗姿态下机器人精镗加工系统的结构特性和动态特性;基于获得的机器人精镗加工系统结构特性和动态特性,综合考虑系统刚度、切屑变形和犁耕效应的影响,建立机器人精镗动力学模型,并进行了数值求解。结果显示平稳条件下的最大相对误差小于13%、振动条件下的最大相对误差小于21%,验证了所建模型的准确性。利用该模型获得了镗削交变力对机器人弱刚度系统振动的影响规律,从而有利于机器人精镗振动的抑制和颤振的研究;基于系统动力学建模过程中获得的动态镗削力和压脚作用下系统的受力模型,对机器人精镗颤振机理及稳定性进行研究,建立了压脚作用下的机器人精镗颤振模型,绘制了稳定性叶瓣图,并获得机器人精镗加工系统稳定极限镗削条件。通过机器人精镗高强度钢正交试验,验证颤振模型的正确性及稳定性预测方法的有效性,结果显示提高系统刚度可以显著地抑制颤振振幅的增长,因此优化机器人位姿、提高关节刚度对精镗系统颤振的抑制具有重要意义;结合镗削稳定状态向颤振状态过渡时的典型特征,通过在线拾取精镗过程中的测力仪力信号与光栅尺振幅信号,引入经验模态分解法(EMD)和希尔伯特-黄变换法(HHT),并分析统计各本征模态函数的Hilbert谱,提取出颤振发生的征兆特征,实现了机器人精镗颤振的早期快速辨识和预报。基于所建立的颤振模型从理论上研究了机器人精镗加工系统刚度、加工参数、刀具几何参数对颤振的影响规律,进而提出机器人精镗颤振抑制策略;根据获得的精镗姿态下的系统结构特性和动态特性,基于一种简化机器人结构的刚度等效法,建立了机器人精镗三维有限元模型,并实现了机器人精镗TC4钛合金的数值模拟。通过对比数值模拟与试验两种条件下X、Y、Z方向的镗削分力、不同压脚压力作用下的轴向振幅随转速、进给量、切削深度的变化趋势,验证了该数值模拟方法的可行性和准确性。全文最后对所做工作进行总结,并对进一步研究内容进行了分析和展望。
[Abstract]:In this paper , the structure and dynamic characteristics of robot fine boring machining system are discussed in this paper . The main research contents are as follows : The structure and dynamic characteristics of the robot fine boring machining system are discussed . The structure characteristics and dynamic characteristics of the robot fine boring machining system are discussed . The results show that the precision of the robot fine boring machining system is less than 13 % . The accuracy of the model is also discussed . Based on the established flutter model , the influence rules of the stiffness , processing parameters and the geometric parameters of the robot on the chatter are studied . The numerical simulation of the robot fine boring 3D finite element model is proposed . Based on the results of the numerical simulation and the test , the numerical simulation of the robot fine boring 3D finite element model is established . The feasibility and accuracy of the numerical simulation method are verified by comparing the numerical simulation and the test .
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242.2;TG53
【参考文献】
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，本文编号：1673390
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