基于机器人技术的碳蒙皮结构件制孔系统研究

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1、工程硕士学位论文基于机器人技术的碳蒙皮结构件制孔系统研究杨海涛哈尔滨工业大学2016年3月国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于机器人技术的碳蒙皮结构件制孔系统研究硕士研究生：杨海涛导师：邓宗全教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：北京卫星制造厂答辩日期：2016年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFHOLEMAKINGSYSTEMF

2、ORCARBONSKINSTRUCTURALCOMPONENTSBASEDONROBOTTECHNOLOGYCandidate：YangHaitaoSupervisor：Prof.DengZongquanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：BeijingSpacecraftsManufacturingFactoryDateofDefence：March，2016Degree-Conferring-Institution：Harbi

3、nInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要航空航天对高强度、低密度复合材料的需求量很大，制孔加工是复合材料结构件生产中急需解决的难题。本文研究的碳蒙皮制孔系统用于碳纤维复合材料等难加工材料制孔，其轴向切削力相对于传统的钻削过程显著减小，具有很大的排屑和散热空间，所采用的镗铣制孔工艺能有效降低制孔时由于切削力过大引起的分层和撕裂等缺陷。本文选用库卡六自由度工业机器人作为制孔动力头的载体，可实现大范围、快速和高精度的孔位定点。采用视觉对刀建立工件坐标系和机器人坐标系的变换关系，可实现快捷、准确对刀。本文开发的镗铣制孔动力头通过电主轴公转

4、和自转的复合运动来实现镗铣制孔作业，通过导电滑环向公转部件提供电连接。动力头的轴向进给和径向偏移采用伺服电机经同步带驱动滚珠丝杠的传动方案。在Solidworks软件中设计了动力头虚拟样机，进行了干涉检查和运动仿真分析，还通过有限元方法进行了静力学和动力学分析，根据分析结果对动力头进行了优化设计。本文开发的碳蒙皮结构件制孔系统的控制系统部分采用工控机作为主控制器，通过控制接口卡控制镗铣制孔动力头和其他辅助设备，通过以太网接口控制工业机器人，采用USB接口采集相机图像，实现视觉对刀。碳蒙皮制孔系统研制完成后，进行了制孔作业实验，对实验数据进行了总结分析。本文完成了碳蒙皮

5、制孔作业系统的开发、研制和实验工作，可进入试用阶段。关键词：制孔系统；镗铣制孔动力头；碳纤维复合材料；工业机器人；-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,therehasbeenveryhighdemandforcompositematerialswhichprocesshighstrengthandlowdensityinaerospaceindustry,andtheissuesassociatingwithcompositematerialshavebeenattractedmoreandmoreattentions.Be

6、causeoftheinterruptedcuttingproblems,holesoncompositematerialssuchascarbonskinstructuralcomponentsareverydifficulttodrillwithtraditionalmachiningtechnique.Therefore,Itisrequiredtodevelopaspecialholemakingsystemwithsmalleraxialcuttingforceintheprocessingofdrilling.Andthespecialmachinings

7、ystemownsasatisfactoryspaceinchipandheattransferbulk.Thespecialcarbonskinholemakingsystemdesignedinthispapercaneffectivelyreducethehierarchicalphenomenonandexportdefectswhicharecausedbyoverloadedcuttingforceduringthemachiningprocess.Inthisthesis,acarbonskinholemakingsystemisdev