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臥式雙機聯(lián)合自動鉆鉚系統(tǒng)綜合剛度研究
閱讀：160 發(fā)布時間：2020-8-10采用自動鉆鉚技術實現(xiàn)飛機壁板的制孔與鉚接是提高飛機裝配質(zhì)量和效率的有效途徑[1]. 自20世紀50年代起源，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，自動鉆鉚設備已能自動完成定位、制孔、锪窩、送釘、插釘、鉚接及檢測等一系列工序，已是*航空制造中*的重要裝備。
國外對自動鉆鉚設備的研究起步較早，西方航空工業(yè)發(fā)達的國家已經(jīng)擁有成熟的自動鉆鉚設備，例如德國BROTJE公司的MPAC自動鉆鉚機、美國EI公司的E4000系列自動鉆鉚機等[3-4].中國早在20世紀70年代初就嘗試研制自動鉆鉚設備，但由于當時工業(yè)技術落后，自動鉆鉚設備未能研制成功. 近年來，國內(nèi)各大航空制造廠在引進國外自動鉆鉚設備的同時，加強了與國內(nèi)科研院所的合作，成功研發(fā)出一些較為*的自動鉆鉚設備，例如西飛研發(fā)的基于E7000型自動鉆鉚設備的柔性裝配托架，成飛研發(fā)的塔式五軸數(shù)控鉆鉚系統(tǒng)。
自動鉆鉚系統(tǒng)在實際鉚接時受到大載荷的循環(huán)施加，鉆鉚系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)一定的彈性形變，導致加工精度下降. 自動鉆鉚系統(tǒng)需要具有較強的剛度以抵抗這種彈性形變，這就需要定量地分析鉆鉚系統(tǒng)末端的變形，研究其末端剛度，為其后的控制反饋提供一定的數(shù)據(jù)支持. Kim等[8]研究了多體系統(tǒng)中工作空間內(nèi)的剛度矩陣、Salgado等[9]將機床刀具、夾具、壓緊機構(gòu)等機床部件的剛度矩陣合成為系統(tǒng)整體剛度矩陣加以分析、閆蓉等[10]提出了一種多軸加工系統(tǒng)剛度場半解析方法，用以分析工作空間中的剛度特性分布規(guī)律、Gao等[11]通過解析法建立了機床工作空間內(nèi)的剛度模型，并利用該模型對不同位姿下的加工誤差進行了分析、吳石等[12]利用多體小變形理論建立了機床的綜合剛度模型，并通過力橢球分析了加工各要素對加工系統(tǒng)綜合剛度性能的影響.
以往對機床剛度的研究大多采用多體運動學的方法進行分析，很少全面地考慮機床變形的所有來源、對于本研究臥式雙機聯(lián)合鉆鉚系統(tǒng)，需要綜合考慮機床變形的各個來源建立其末端剛度模型. 針對這一情況，本文運用機器人學相關理論建立其運動學模型，并使用雅克比矩陣法、點傳遞法、有限元分析法逐一對其柔性運動軸、運動關節(jié)、末端執(zhí)行器等關鍵部件建立剛度矩陣，在此基礎上基于彈性小變形原理建立多軸機床的末端綜合剛度模型. 這種末端綜合剛度模型可分析不同位姿下系統(tǒng)所產(chǎn)生的變形，以便優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，必要時通過控制系統(tǒng)給出補償量，提高鉚接精度.