大型薄壁构件双机器人镜像铣削协同加工
发布时间：2023-01-26 05:59
为实现大型弱刚性航天薄壁构件的绿色、高效、整体式加工,镜像铣削正在取代其他传统加工方式成为主流加工手段。基于课题组自主研发的新型五自由度混联机器人TriMule,本研究提出一种面向大型薄壁构件加工的双机器人镜像铣削系统。系统的机械结构主要由加工机器人、支撑机器人和夹具等构成。刀具和局部多点支撑头作为末端执行器分别固定在加工机器人和支撑机器人末端。加工中刀具和支撑头的协同性能直接影响加工工件的完成质量,如何实现刀具和支撑头的协同加工是大型薄壁构件等壁厚加工中亟需解决的关键问题。加工中刀具和支撑头的镜像位姿取决于加工机器人和支撑机器人之间的协同位姿。因此,首先对构成镜像铣削系统的五自由度混联机器人TriMule进行运动学建模,采用矢量法对运动学位置正解和逆解进行求解,并通过仿真算例对机器人运动学模型的正确性进行验证。在分析刀具和支撑头的加工位姿关系基础上,提出一种双机器人协同加工策略。通过在双机器人系统中设立适当的坐标系,建立双机器人位姿协同方程。利用协同方程可通过支撑头离线位姿信息分别得到支撑机器人和加工机器人关节空间的位置控制参数。为实现壁厚控制,提出一种基于双机器人末端位姿的接触式在...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 国内外发展与研究现状
1.2.1 镜像铣削加工装备
1.2.2 双机器人协同工作
1.2.3 大型薄壁构件振动控制
1.3 本文主要研究内容
第二章 镜像铣削系统机器人装备
2.1 引言
2.2 双机器人镜像铣削系统简介
2.3 TriMule机器人运动学分析
2.3.1 运动学位置逆解分析
2.3.2 运动学位置正解分析
2.4 仿真算例
2.5 本章小结
第三章 双机器人协同加工策略
3.1 引言
3.2 双机器人协同加工关系
3.2.1 刀具和支撑头加工约束分析
3.2.2 镜像铣削系统坐标系的建立
3.2.3 双机器人位姿协同方程
3.3 双机器人等壁厚协同加工流程
3.4 双机器人任务空间速度分析
3.5 双机器人协同仿真分析
3.6 本章小结
第四章 局部多点支撑抑振分析
4.1 引言
4.2 刀具—工件—支撑头建模
4.2.1 平头铣刀铣削力建模
4.2.2 局部多点支撑结构
4.2.3 刀具—工件—支撑模型
4.3 有限单元法
4.4 锤击频响实验
4.5 本章小结
第五章 双机器人镜像铣削平台与加工实验
5.1 引言
5.2 双机器人镜像铣削平台
5.2.1 机械结构组成
5.2.2 数控系统组成
5.3 等壁厚协同加工实验
5.4 局部多点支撑加工实验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录 A 薄板频响
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多机器人系统协同作业策略研究及仿真实现[J]. 张兴国,张柏,唐玉芝,郭旭. 机床与液压. 2017(17)
[2]大型薄壁复杂网格壁板机铣加工工艺研究[J]. 李艳桥,穆英娟,刘普林,张柳锋. 上海航天. 2016(S1)
[3]薄壁构件镜像加工支撑机构综合刚度的分析与优化[J]. 郝金明,赵勇,王皓,盛东义. 机械设计与研究. 2015(02)
[4]蒙皮镜像铣切系统及先进制造工艺的应用[J]. 徐明,向兵飞,李响,汪洋华,兰惠. 制造技术与机床. 2014(11)
[5]自动钻铆系统中工业机器人协同控制技术研究[J]. 张杨,高明辉,周万勇,刘建东. 航空制造技术. 2013(20)
[6]双机器人协调跟随运动的运动学分析与路径规划[J]. 张铁,欧阳帆. 上海交通大学学报. 2013(08)
[7]基于MATLAB薄板振动响应分析[J]. 张媛媛,沈火明. 四川大学学报(工程科学版). 2012(S2)
[8]飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术[J]. 周凯. 航空制造技术. 2012(03)
[9]飞机蒙皮厚度精确加工的最新技术——以数铣替代化铣的绿色加工工艺[J]. 张彤. 教练机. 2011(04)
[10]双面双弧焊机器人主从协调运动控制[J]. 张华军,张广军,蔡春波,肖俊,高洪明. 焊接学报. 2011(01)
博士论文
[1]机器人系统运动规划与协调的研究[D]. 谢文龙.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]中厚板Al-Mg铝合金双机器人双面双弧焊接工艺研究[D]. 李宇昕.南京理工大学 2017
[2]面向航空筒段薄壁件的等厚补偿加工方法研究[D]. 张凯.上海工程技术大学 2016
[3]薄壁零件整体铣削精度控制及补偿方法研究[D]. 王宁.上海工程技术大学 2016
[4]飞行器大型薄壁件柔性工艺装备系统研究[D]. 陆俊百.清华大学 2010
本文编号：3732249
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 国内外发展与研究现状
1.2.1 镜像铣削加工装备
1.2.2 双机器人协同工作
1.2.3 大型薄壁构件振动控制
1.3 本文主要研究内容
第二章 镜像铣削系统机器人装备
2.1 引言
2.2 双机器人镜像铣削系统简介
2.3 TriMule机器人运动学分析
2.3.1 运动学位置逆解分析
2.3.2 运动学位置正解分析
2.4 仿真算例
2.5 本章小结
第三章 双机器人协同加工策略
3.1 引言
3.2 双机器人协同加工关系
3.2.1 刀具和支撑头加工约束分析
3.2.2 镜像铣削系统坐标系的建立
3.2.3 双机器人位姿协同方程
3.3 双机器人等壁厚协同加工流程
3.4 双机器人任务空间速度分析
3.5 双机器人协同仿真分析
3.6 本章小结
第四章 局部多点支撑抑振分析
4.1 引言
4.2 刀具—工件—支撑头建模
4.2.1 平头铣刀铣削力建模
4.2.2 局部多点支撑结构
4.2.3 刀具—工件—支撑模型
4.3 有限单元法
4.4 锤击频响实验
4.5 本章小结
第五章 双机器人镜像铣削平台与加工实验
5.1 引言
5.2 双机器人镜像铣削平台
5.2.1 机械结构组成
5.2.2 数控系统组成
5.3 等壁厚协同加工实验
5.4 局部多点支撑加工实验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录 A 薄板频响
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多机器人系统协同作业策略研究及仿真实现[J]. 张兴国,张柏,唐玉芝,郭旭. 机床与液压. 2017(17)
[2]大型薄壁复杂网格壁板机铣加工工艺研究[J]. 李艳桥,穆英娟,刘普林,张柳锋. 上海航天. 2016(S1)
[3]薄壁构件镜像加工支撑机构综合刚度的分析与优化[J]. 郝金明,赵勇,王皓,盛东义. 机械设计与研究. 2015(02)
[4]蒙皮镜像铣切系统及先进制造工艺的应用[J]. 徐明,向兵飞,李响,汪洋华,兰惠. 制造技术与机床. 2014(11)
[5]自动钻铆系统中工业机器人协同控制技术研究[J]. 张杨,高明辉,周万勇,刘建东. 航空制造技术. 2013(20)
[6]双机器人协调跟随运动的运动学分析与路径规划[J]. 张铁,欧阳帆. 上海交通大学学报. 2013(08)
[7]基于MATLAB薄板振动响应分析[J]. 张媛媛,沈火明. 四川大学学报(工程科学版). 2012(S2)
[8]飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术[J]. 周凯. 航空制造技术. 2012(03)
[9]飞机蒙皮厚度精确加工的最新技术——以数铣替代化铣的绿色加工工艺[J]. 张彤. 教练机. 2011(04)
[10]双面双弧焊机器人主从协调运动控制[J]. 张华军,张广军,蔡春波,肖俊,高洪明. 焊接学报. 2011(01)
博士论文
[1]机器人系统运动规划与协调的研究[D]. 谢文龙.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]中厚板Al-Mg铝合金双机器人双面双弧焊接工艺研究[D]. 李宇昕.南京理工大学 2017
[2]面向航空筒段薄壁件的等厚补偿加工方法研究[D]. 张凯.上海工程技术大学 2016
[3]薄壁零件整体铣削精度控制及补偿方法研究[D]. 王宁.上海工程技术大学 2016
[4]飞行器大型薄壁件柔性工艺装备系统研究[D]. 陆俊百.清华大学 2010
本文编号：3732249
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