基于PLC的机器人制孔执行器控制系统设计

针对应用于飞机铝合金、钛合金以及叠层部件自动制孔的机器人制孔执行器,基于PLC开发了一套机器人制孔执行器控制系统.根据需要完成的工作任务的要求和特点,详细分析和设计了控制系统的总体框架、硬件模块、软件模块以及上位机界面模块.现场测试证明,该控制系统操作方便、性能稳定,能够极大提高飞机部件的制孔效率和装配质量.     

飞机自动制孔末端执行器的设计与实现

由于飞机装配过程中需要钻削大量的孔,因此针对飞机装配中柔性制孔的功能需求,在具体分析机翼制孔工艺流程的基础上,设计了一套用于飞机自动制孔的末端执行器。该控制系统以中央控制器为核心、采用基于EtherCAT总线和Profibus总线的分布式主从站控制方式,并开发出具有制孔循环控制、基准检测、法向偏差测量等功能的软件包,最后进行了一台样机的制造、装配、电气安装和软件调试。实验证明,该系统能够很好的满足航空工业对制孔的孔位精度、垂直度以及加工效率等的要求。     

基于MBD飞机装配自动制孔路径规划研究

飞机装配自动制孔技术的应用,基本改善了制孔工艺任务繁重、零件制孔量大等问题。而在整体制孔效率方面,自动制孔设备需要一种高效的制孔路径规划方法。基于此背景,通过研究三维空间路径规划算法以及自动制孔技术,根据面向MBD三维信息模型制孔路径规划要求,将改进后的蚁群算法应用于飞机的三维空间自动制孔路径规划中,进行实验分析,实验结果表明:改进后的遗传算法在路径的最优解以及规划时间上都要优于计算机上用的枚举法。该算法的应用充分改善了制孔方式的无目的性、生成路径质量不高等不足之处,从而获得一条整体优化的路径,整体缩短飞机装配周期、提高制孔质量以及降低制造成本,推动和加速我国军民机的研制工作。     

飞机活动翼面自动制孔工艺装备设计技术

针对飞机活动翼面结构特点和自动制孔需求,对装配流程和工装设计方案进行了研究,形成了一套适用于现代飞机装配和自动制孔的工艺装备设计标准和方法,同时为加强现场精益化管理,提出了集成电、气、除尘、照明、运输,兼顾预装配与自动制孔的集成式工装设计,提高了产品的加工效率和定位精度。     

飞机壁板柔性装配螺旋铣孔单元的研制

针对现代飞机壁板高效精密制孔的需求,研制一种面向大型航空组件柔性装配的新型螺旋铣孔单元。首先,通过对国内外现有机身自动制孔系统的技术分析,并结合壁板装配制孔的作业特点,引入一种新兴的制孔技术——螺旋铣孔。其次,对螺旋铣孔运动进行功能分解,展开了螺旋铣孔单元的模块化设计,确定了偏心调节模块的传动方案,设计了铣刀结构与装夹方式。最后,基于螺旋铣孔单元样机,对航空铝合金和碳纤维复合材料进行了切削试验,结果表明铣孔质量基本满足飞机装配的精度要求。     

飞机壁板柔性装配螺旋铣孔单元的研制

针对现代飞机壁板高效精密制孔的需求,研制了一种新型的螺旋铣孔单元。首先,通过对国内外现有机身自动制孔系统的技术分析,并结合壁板装配制孔的作业特点,引入一种新兴的制孔技术—螺旋铣孔。其次,对螺旋铣孔运动进行功能分解,展开了螺旋铣孔单元的模块化设计,确定了偏心调节模块的传动方案,设计了铣刀结构与装夹方式。最后,基于螺旋铣孔单元样机,对航空铝合金和碳纤维复合材料进行了切削试验,结果表明铣孔质量基本满足飞机装配的精度要求。样机的成功研制,对提升我国飞机柔性装配整体水平具有重要的现实意义。     

基于机器人的飞机部件自动制孔设备控制系统设计研究

为满足飞机部件装配中机器人自动制孔设备控制要求,设计了一种基于机器人飞机部件自动制孔设备控制系统。该控制系统采用离线编程、中央控制层、现场控制层和执行层四级结构,采用Beckhoff工业计算机作为控制核心,以EtherCAT和Profibus总线为控制方式,通过TwinCAT 2.0控制软件完成工业现场的实时控制。设计了末端执行器控制系统、机器人控制系统和设备附件控制系统。研究表明,该控制系统能很好地完成控制要求,具有一定的实用性和推广价值。     

机器人自动制孔系统精度标定方法研究

机器人制孔系统是实现飞机自动化装配的重要设备,制孔作业前的精度标定是保证系统各项指标满足生产要求的关键环节,以往对系统进行简单的单次制孔标定无法全面掌握各个维度上的精度指标。针对位置补偿、孔位、法向、孔径及锪窝深度精度,分别提出了精度标定方法,并利用飞机装配站位上投入使用的满足精度要求的制孔系统进行检验,结果表明所提出的标定方法和测量实际产品所得结果有良好的一致性,能够用于自动制孔系统的快速标定。     

机器人自动制孔系统应用研究

针对我国飞机产品高质、高效自动制孔要求以及飞机研制和生产中对智能自动制孔系统应用的迫切需求,面向异形异质复杂部件的高质、高效自动制孔问题,重点研制多功能末端执行器,突破末端执行器结构优化与集成、视觉定位与补偿、孔位法向检测、压紧力检测与控制、机器人自动制孔系统集成控制等关键技术,形成机器人自动制孔系统。试验件的工艺验证表明,该套机器人自动制孔方案可以满足产品的加工要求,提升飞机装配质量和效率。     

飞机部件机器人自动制孔控制系统设计与分析

针对应用于飞机铝合金、钛合金以及叠层部件制孔的机器人自动制孔系统,提出了基于上位机和PLC的机器人自动制孔控制系统的设计方法。根据工作任务的要求和特点,设计并分析了机器人自动制孔控制系统的整体框架、硬件模块和软件模块。现场测试证明,该系统能够极大提高飞机部件的制孔效率和装配质量。     

飞机数字化制孔法矢找正技术应用对比研究

随着数字化制孔系统在飞机装配中的全面应用,掌握数字化制孔系统中法矢找正技术的关键技术尤为重要.基于三套不同的数字化制孔系统,分别对法矢找正技术应用中的硬件选型、硬件布局、计算模型和工作流程等进行介绍和对比分析.总结出数字化制孔系统法矢找正技术的关键技术包括:在硬件选型上,应优先选用测量精度高,可靠性较好的测量传感器;在...     

二次开发UG实现飞机操纵系统零件参数化设计与虚拟装配自动化

在对飞机硬式机械操纵系统组件功能和构造特点分析以及零件实体造型和参数化模型建立的基础上,采用UG二次开发工具UG/Open编程,通过编辑不同类型零件参数化模型的几何特征参数实现零件参数化设计;针对UG交互方式进行大型复杂系统虚拟装配存在的操作过程烦琐和重复性差等不足,基于已建立的零部件装配用方位参照信息开发实现装配过程中的零部件自动坐标定位并对虚拟装配过程加以记录,实现虚拟装配自动化。     

面向机翼柔性制孔的多层次数控程序结构

为实现飞机自动化柔性制孔技术,针对机翼的结构及其装配特点,研究了机翼柔性制孔工艺,提出了柔性制孔过程的二次定位方法,并根据该工艺划分了多层次的数控程序结构。该结构包括三个层次,分别是整体结构层、单肋加工层与单孔制孔层。整体结构层表达数控程序的整体结构,包含加工过程中各个基本单元的设置与单肋加工过程的制孔顺序;单肋加工层不但对肋骨加工单元的加工过程进行编制,而且对肋骨中的制孔路径进行规划;单孔制孔层以子循环的形式完成柔性制孔过程中的最基本环节。为快速生成该结构的数控程序,开发了面向机翼柔性制孔的离线编程系统。以某型飞机机翼为例,通过与传统编程方法的对比,分析了该程序结构的编程效率与可维护性,验证了系统的有效性。     

柔性轨道自动化制孔系统的仿真研究

柔性轨道系统可以满足现代民用飞机高效、高质量及低成本的自动钻孔要求。重点探讨面向自动化装配仿真的柔性轨道建模及运动学关系定义技术,给出面向自动化装配仿真的设备建模应遵循的规则以及建立自动化装配设备运动学关系链应遵循的规则,并在某民用飞机中后机身虚拟装配仿真环境里实现了柔性轨道系统自动制孔仿真。     

基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法

飞机自动化装配过程中,制孔系统能否精确定位将直接影响装配精度。一般通过人工预先制得基准孔,检测基准孔在制孔系统下的位置,与在产品中的位置比较得到空间转换关系以完成系统定位。为提高轻型移动制孔系统的定位精度,提出了一种基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法,使用罗德里格矩阵重新构建空间转换关系,提出冗余基准孔的偏差过滤算法,判断冗余基准孔中是否存在影响空间转换精度的大偏差孔位,提高转换关系精度,改善制孔系统的定位精度。进行算例分析与实验验证,证明所提方法可以在冗余基准孔中准确筛选并去除大偏差孔位,将空间转换误差减至小于0.12 mm,由误差传递理论知制孔系统定位精度提高约20%。     

复合材料尾翼盒段装配技术研究

为满足飞机高性能、长寿命、低成本的要求,国内各型号飞机研制中已经逐步开始使用或提高复合材料使用量,并逐步从小组件应用于翼盒等大部件中.然而,各主机厂对复合材料结构装配经验缺乏,难以满足产品高质量的装配需求.本文以某型机复合材料垂尾盒段为对象,提出复合材料零件定位原则及部件装配方案,设计数字化复合材料垂尾盒段装配型架.结合垂尾盒段结构特点,开展工艺参数试验,形成了一套基于T300级复合材料异质叠层的成体系的制孔工艺参数选择方案,实现了弱骨架复合材料部件的装配.     

轻型自主移动制孔机器人基准检测技术研究

针对大飞机机身大部件的装配需求,设计了一套柔性好、效率高、自动化程度高的轻型自主移动制孔机器人,并根据制孔机器人自身的结构特点,提出一套机器人视觉检测系统的手眼标定方案。在此基础上,提出了基于基准孔建立局部坐标系和空间坐标系转换的基准检测算法。实验表明:该技术能够实现机器人高精度制孔的精确定位,满足大飞机机身制孔位置精度要求。     

飞机柔性装配制孔设备的工件坐标系建立方法

现代飞机部件装配多采用自动化柔性制孔,自动化制孔单元是实现飞机部件柔性装配必不可少的硬件组成。工件零点的设置是以大型数控机床作为制孔设备的自动化制孔单元所的必要设置步骤。使用激光跟踪仪作为测量设备,在机床坐标系、数模坐标系与工装坐标系间建立联系,实现了机床工件位置、数模工件位置与产品实际位置的统一,为实现飞机部件装配的自动化柔性制孔奠定了基础。该方法在某型飞机柔性装配过程中得到了验证运用,验证了方法的可行性。     

飞机蒙皮自动制孔工艺设计研究

基于MBD的飞机蒙皮自动制孔工艺设计是飞机数字化制造工艺关键技术之一,根据飞机装配过程中自动制孔工艺设计的特点和要求,将制孔信息分为基准孔、夹紧孔、自动制孔三类,对制孔需要的点位、法矢、连接件材料、材料顺序、夹层厚度、夹层厚度顺序、标准件信息等提取的关键技术进行了研究,通过CATIA/CAA平台,开发了飞机自动制孔工艺设计软件,实现了制孔信息的分类、提取、规范存储等,有效地解决了飞机蒙皮自动制孔工艺设计难题,提高了工艺设计效率和飞机数字化制造水平。     

基于模型定义的孔特征实例化方法及应用

针对自动钻铆过程中对于装配信息的需求,设计一种基于模型定义的孔特征实例化方法。以孔特征为单元利用孔特征实例模板的循环匹配创建实现产品装配工艺信息的数据定义。根据实际加工需求进行未定义孔特征实例信息的属性值添加,保证装配信息的完整性。通过将装配信息储存在产品装配信息数据库中实现向后续制造活动的信息传递。实验表明：该方法可以有效实现装配信息的组织和传递,有效驱动机床进行制孔加工作业,实现CAD、CAM系统数据源的统一。