机器人制孔工艺参数优化有限元仿真分析

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1、第44卷增刊2012年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．44No．SApt．2012机器人制孔工艺参数优化有限元仿真分析王继虎1刘长毅1田威1万世明2刘勇2李东明2(1．南京航空航天大学机电学院．南京，210016；2．成都飞机T业(集团)有限责任公司，成都，610092)摘要：采用大型有限元DEFORM一3D和Abaqus软件分析机嚣人制孔的切削机理和制孔时机器人的振动机理。仿真分析了机器人制孔的切削力，并以仿真数据为基准，拟舍了机嚣人．4孔切削力的经验公式，

2、仿真机器人的模奄、州度和阻尼，运用颤撅理论分析了机器人制孔时遍免振动的工艺参敷范围．通过有限元仿真研究表明：有限元仿真计算有效地并决了机器人翻孔工艺参教优化问题．关键词：工艺参数优化；有限元法；．4孔蠢振I机器人中图分类号：TG506文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)S-0069—04FiniteElementAnalysisofRobotDrillingParametersOptimizationWangJihul，厶“Changyil，TianWeil，WanShimingz，厶扯Yon92，LiDongmin92(1．Collegeof

3、MechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjiag，210016，China12．ChengduAircra

4、tIndustrial(Group)Co．Ltd．，Chengdu，610092，China)Abstract：SimulationsofcuttingmechanismanddrillingvibrationofrobotdrillingareconductedbyusingFEManalysissoftwareDeform一3Da

5、ndAbaqus．ThesimulationsofrobotdrillingforcesareconductedandempiricaltormulasofrobotdrillingarefittedbasedOnthedataobtainedfromsimulations．Thesim-ulationsofrobotmode，stiffnessanddampingratioareconductedandproperrobotdrillingparametersarecollectedbythetheoryofchatter．Theresultsindicate

6、thatthefiniteelementmethodcanefficientlysolvetheproblemofrobotdrillingparameteroptimization．Keywords：parameteroptimization；finiteelementmethod；drillingvibrations；robots传统的飞机装配中的制孔主要以手工制孔为主。手工制孔过程全部是人为控制，存在孔径缺陷、孔位精度差、制孔步骤多、二次装配和其他一些人为因素影响等缺点，影响制孔精度和质量。而现代民用飞机长寿命、高质量、低成本等特点都要求飞机装配制孔质量更

7、精、更严[1≈】。机器人自动制孔能大大减少人为因素造成的缺陷，提高制孔精度和装配效率。由于采用的是开式6连杆工业机器人，工业机器人的刚度和普通钻床的刚度相比弱了很多，从而导致机器人自动制孔工艺与传统的制孔工艺有很大的区别，对于机器人制孔工艺优化问题目前国内尚无此类研究。本文针对飞机机翼部件自动制孔的要求，对机器人制孔工艺参数进行了优化，解决制孔精度问题。1机器人制孔仿真基于机器人的精密制孔工艺，机器人的振动对制孔的精度产生很大影响，而影响机器人振动特性的根本原因是钻孔过程中，加工材料对刀具产生的反作用力，作用力的大小除了与工件材料有关，还与加工工艺参数关系密切，

8、为了获得合适的加工工艺参数，必须对影响加工质量的切削力进行仿真研究。Deform一3D仿真软件可以仿真钻孔产生的切削力，该软件在切削仿真方面有钻削模块，可以很收稿日期：2011—10-15；修订日期：2012-02·08通讯作者：刘长毅，男，剐教授．1973年生，E-mail：liuchangyi@ntlita．edu．ca．70南京航空航天大掌学报第44卷方便地建立刀具和工件模型，节约建模时间；具有强大的网格重划分功能，能避免因局部网格划分质量不高而导致计算无法进行。1．1仿真参数设定Deform一3D有共轭梯度和松弛求解法，迭代方法有直接迭代和牛顿迭代法。对

9、于典型的成型模型，采用共