机器人镗孔加工系统稳定性分析

doi:10.7527/S1000-6893.2015.0064

材料工程与机械制造

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机器人镗孔加工系统稳定性分析

方强¹, 李超¹, 费少华¹, 孟涛²

1. 浙江大学机械工程学院, 杭州 310027;
2. 中国人民解放军驻西飞公司军事代表室, 西安 710089

收稿日期:2015-01-06 修回日期:2015-02-26 出版日期:2016-02-15 发布日期:2015-03-25
通讯作者: 方强,男,博士,教授。主要研究方向:飞机数字化装配、机器人制孔。Tel:0571-87953929,E-mail:fangqiang@zju.edu.cn E-mail:fangqiang@zju.edu.cn
作者简介:李超,男,硕士研究生。主要研究方向:机器人制孔。E-mail:mcsuperli@126.com;费少华,男,硕士,助理研究员。主要研究方向:伺服控制。E-mail:f307110@163.com;孟涛,男,本科,工程师。主要研究方向:飞机部件装配。E-mail:mengtao51378@qq.com
基金资助:
浙江省自然科学基金(LY13E050009)

Stability analysis of robot boring system

FANG Qiang¹, LI Chao¹, FEI Shaohua¹, MENG Tao²

1. College of Mechanical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;
2. Military Agent's Room of Xi'an Aircraft Industry(Group)Company LTD, People's Liberation Army, Xi'an 710089, China

Received:2015-01-06 Revised:2015-02-26 Online:2016-02-15 Published:2015-03-25
Supported by:
Zhejiang Provincial Natural Science Foundation(LY13E050009)

摘要/Abstract

摘要：

为了解决大型飞机装配现场主起落架交点孔的镗孔精加工问题,提出了采用六自由度工业机器人及专用末端执行器组合的创新解决方案。压脚是抑制机器人镗孔加工系统颤振的核心环节。通过对施加压脚前后的机器人镗孔加工系统进行动力学建模,对系统的稳定性进行分析,得出压脚装置对加工系统稳定性叶瓣图的影响。最后通过实际镗孔加工实验验证了机器人镗孔系统在不同压脚压力下的加工稳定性,表明合理的压脚压力可提高稳定切深,拓展加工稳定区域,有效避免加工颤振。

关键词: 压脚, 工业机器人, 镗孔, 颤振, 稳定性叶瓣图

Abstract:

In order to perform the finish boring procedure of the aircraft landing gear's junction hole in the aircraft assembly field, a six axis industrial robot with a special designed end-effector system is proposed. The structure of pressure foot is a key technology to avoid chatter in this robot boring system. Through establishing an analytical model for stability limit prediction considering dynamical characteristics with and without pressure foot structure of the robot boring system, the chatter stability lobes is achieved and studied to reveal the mechanism of the chatter depressing of the pressure foot. In addition, experiments are conducted to verify the rationality of the theoretical modeling under different pressure foot parameter condition. The analytical model and experiments show that the stability of the robot boring process can be enhanced by applying pressure foot system and choosing a rational pressure value. Stable machining area is expanded and chatter is avoided.

Key words: pressure foot, industrial robot, boring, chatter, stability lobes

中图分类号:

V19
TP242.2

方强, 李超, 费少华, 孟涛. 机器人镗孔加工系统稳定性分析[J]. 航空学报, 2016, 37(2): 727-737.

FANG Qiang, LI Chao, FEI Shaohua, MENG Tao. Stability analysis of robot boring system[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(2): 727-737.

参考文献

[1] 许国康. 大型飞机自动化装配技术[J]. 航空学报, 2008, 29(3):734-740. XU G K. Automatic assembly technology for large aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2008, 29(3):734-740(in Chinese).
[2] 沈建新, 田威. 基于工业机器人的飞机柔性装配技术[J]. 南京航空航天大学学报, 2014, 46(2):181-189. SHEN J X, TIAN W. Aircraft flexible assembly technology based on industrial robots[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2014, 46(2):181-189(in Chinese).
[3] ZHANG H, WANG J J, ZHANG G, et al. Machining with flexible manipulator:Toward improving robotic machining performance[C]//International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. Piscataway, NJ:IEEE Press, 2005:1127-1132.
[4] QUINTANA G, CIURANA J. Chatter in machining processes:A review[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2011, 51(5):363-376.
[5] ÖZER A, SEMERCIGIL S. Tool chatter in turning with a two-link robotic arm[J]. Journal of Sound and Vibration, 2013, 332(6):1405-1417.
[6] PAN Z X, ZHANG H, ZHU Z Q, et al. Chatter analysis of robotic machining process[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2006, 173(3):301-309.
[7] DEVLIEG R, SITTON K, FEIKERT E, et al. ONCE(one-sided cell end effector) robotic drilling system[C]//SAE 2002 Automated Fastening Conference and Exposition. Warrendale:SAE, 2002:2002-01-2626.
[8] 邓锋. 采用标准关节机器人系统对飞机货舱门结构的自动钻铆[J]. 航空制造技术, 2010(9):32-35. DENG F. Automated fastening of aircraft cargo door structures with a standard articulating robot system[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2010(9):32-35(in Chinese).
[9] 费少华, 方强, 孟祥磊, 等. 基于压脚位移补偿的机器人制孔锪窝深度控制[J]. 浙江大学学报:工学版, 2012, 46(7):1157-1161. FEI S H, FANG Q, MENG X L, et al. Countersink depth control of robot drilling based on pressure foot displacement compensation[J]. Journal of Zhejiang University:Engineering Science, 2012, 46(7):1157-1161(in Chinese).
[10] OLSSON T, HAAGE M, KIHLMAN H, et al. Cost-efficient drilling using industrial robots with high-bandwidth force feedback[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2010(26):24-38.
[11] 王珉, 薛少丁. 飞机大部件对接自动化制孔单向压紧力分析[J]. 南京航空航天大学学报, 2012, 44(4):554-558. WANG M, XUE S D. One-side pressure-force analysis of automatic drilling of aircraft fuselage section-joint assembly[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2012, 44(4):554-558(in Chinese).
[12] 邱宝贵, 蒋君侠, 毕运波, 等. 大型飞机机身调姿与对接试验系统[J]. 航空学报, 2011, 32(5):908-919. QIU B G, JIANG J X, BI Y B, et al. Posture alignment and joining test system for large aircraft fuselages[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2011, 32(5):908-919(in Chinese).
[13] 郭志敏, 蒋君侠, 柯映林. 基于POGO柱三点支撑的飞机大部件调姿方法[J]. 航空学报, 2009, 30(7):1319-1324. GUO Z M, JIANG J X, KE Y L. Posture alignment for large aircraft parts based on three POGO sticks distributed support[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2009, 30(7):1319-1324(in Chinese).
[14] ABELE E, WEIGOLD M, ROTHENBUCHER S. Modeling and identification of an industrial robot for machining applications[J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2007, 56(1):387-390.
[15] ANGELES J. On the nature of the Cartesian stiffness matrix[J]. Ingeniería Mecánica, 2010, 3(5):163-170.
[16] 曲巍崴, 侯鹏辉, 杨根军, 等. 机器人加工系统刚度性能优化研究[J]. 航空学报, 2013, 34(12):2823-2832. QU W W, HOU P H, YANG G J, et al. Research on the stiffness performance for robot machining systems[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2013, 34(12):2823-2832(in Chinese).
[17] BISU C, CHERIF M, GÉRARD A, et al. Dynamic behavior analysis for a six axis industrial machining robot[J]. Advanced Materials Research, 2012, 423(1):65-76.
[18] QIU Z, SHI M, WANG B, et al. Genetic algorithm based active vibration control for a moving flexible smart beam driven by a pneumatic rod cylinder[J]. Journal of Sound and Vibration, 2012, 331(10):2233-2256.
[19] 孔天荣, 梅德庆, 陈子辰. 磁流变智能镗杆的切削颤振抑制机理研究[J]. 浙江大学学报:工学版, 2008, 42(6):1005-1009. KONG T R, MEI D Q, CHEN Z C. Research on mechanism of cutting chatter suppression based on magnetorheological intelligent boring bar[J]. Journal of Zhejiang University:Engineering Science, 2008, 42(6):1005-1009(in Chinese).
[20] JONG M, SCHMALZ F, RENSMAN J W, et al. Post-irradiation characterization of PH13-8Mo martensitic stainless steel[J]. Journal of Nuclear Materials, 2011, 417(1):145-148.

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Stability analysis of robot boring system

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[1]	田威, 程思渺, 李波, 廖文和. 考虑关节回差的工业机器人精度补偿方法[J]. 航空学报, 2022, 43(5): 625569-625569.
[2]	廖文和, 田威, 李波, 李鹏程, 张苇, 李宇飞. 机器人精度补偿技术与应用进展[J]. 航空学报, 2022, 43(5): 627142-627142.
[3]	廖文和, 郑侃, 孙连军, 董松, 张磊. 大型复杂构件机器人加工稳定性研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(1): 26061-026061.
[4]	王昕江, 刘子强, 郭力, 付志超, 吕计男. 基于功能原理的颤振模态参与度分析方法[J]. 航空学报, 2022, 43(1): 224920-224920.
[5]	沈恩楠, 郭同庆, 吴江鹏, 胡家亮, 张桂江. 高超声速全动翼面全时域耦合分析方法及应用[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525773-525773.
[6]	陈志强, 刘战合, 苗楠, 冯伟. 基于增量学习的非定常气动力参数化降阶模型[J]. 航空学报, 2021, 42(7): 125103-125103.
[7]	雷鹏轩, 余立, 陈德华, 吕彬彬. 飞行控制律对体自由度颤振特性影响试验[J]. 航空学报, 2021, 42(6): 124378-124378.
[8]	谢丹, 冀春秀, 景兴建. 高超声速典型弹道下的壁板热气动弹性动力学分析[J]. 航空学报, 2021, 42(11): 524843-524843.
[9]	吴太欢, 林麒, 何升杰, 柳汀, 高忠信, 王晓光. 全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率研究[J]. 航空学报, 2020, 41(9): 123761-123761.
[10]	李秋彦, 李刚, 魏洋天, 冉玉国, 吴波, 谭光辉, 李焱, 陈识, 雷博淇, 徐钦炜. 先进战斗机气动弹性设计综述[J]. 航空学报, 2020, 41(6): 523430-523430.
[11]	赵振军, 闫昱, 曾开春, 赵治华. 全模颤振风洞试验三索悬挂系统多体动力学分析[J]. 航空学报, 2020, 41(11): 123934-123934.
[12]	王龙飞, 张丽艳, 叶南. 一种适用于曲面结构的机器人制孔误差在线补偿技术[J]. 航空学报, 2019, 40(10): 422871-422871.
[13]	欧阳小穗, 刘毅. 高速流场中变刚度复合材料层合板颤振分析[J]. 航空学报, 2018, 39(3): 221539-221539.
[14]	王昌瑞, 康仁科, 鲍岩, 朱祥龙, 董志刚, 郭东明. 飞机蒙皮镜像铣加工稳定性分析[J]. 航空学报, 2018, 39(11): 422109-422121.
[15]	刘南, 郭承鹏, 白俊强. 基于高阶谐波平衡的跨声速颤振高效预测方法[J]. 航空学报, 2018, 39(10): 121989-121989.