用于飞机部件自动制孔的机器人制孔系统

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1、Spec=atEquipme。tfor加a∞nIndusl『y航空专用设备用于飞机部件自动制孔的机器人制孔系统罘RobotDrillingSystemforAutomaticDrillingofAircraftComponent沈阳飞机工业(集团)有限公司杜宝瑞冯子明北京航空航天大学机器人研究所姚艳彬毕树生杜宝瑞沈阳飞机工业(集团)有限公司制造工程部副部长，研究员级高级工程师。硕士研究生导师。1992年毕业于北京航空航天大学飞行器制造工程专业。长期从事数字化制造技术研究与应用工作。主持．参与多项国家863计划．国家科技支撑计划和国防基础科研项目。发表

2、论文10余篇。进入20世纪90年代后，飞机制造行业对飞机装配技术提出了高质量、高速度、低成本的生产要求，飞·国家科技支撑计划项目(2007BAF27803)。进入20世纪90年代后，飞机制造行业对飞机装配技术提出了高质量、高速度、低成本的生产要求，飞机柔性装配技术得到了极大的发展。机器人制孔技术是飞机柔性装配技术的一个重要应用和研究方向。机柔性装配技术得到了极大的发展。机器人制孔技术是飞机柔性装配技术的一个重要应用和研究方向。由于机器人制孔系统一般采用工件不动机器人移动的方式，灵活性较好，且对工件的适应性较好，同时能够极大地提高制孔效率和精度，因此在

3、国外已得到广泛的研究和应用。美国Electroimpact公司与英国空客公司联合设计了一套机器人自动钻削系统(O．N．C．E)，该系统主要用于波音F／A-18E／F的机翼后缘襟翼的钻孔和锪孔llJ，美国EOA公司与波音公司也联合生产研制了一种机器人多功能钻削系统(EOA)，该系统可以完成对钛合金、铝合金、复合材料以及叠层等飞机蒙皮的钻孔、锪孔和铰孔工作I瑞典Novator公司根据Orbital钻头专利技术开发了一套机器人多功能钻削系统(OrbitalE-D100)。但这些机器人制孔系统结构复杂，且成本较高。而国内对于飞机部件机器人$1l孑L系统的设计

4、和研究尚处于起步阶段。基于国内外研究概况，针对飞机部件自动化制孔，本课题开发了一套飞机部件级机2010年第2期·航空制造技术47图2机器人制孔系统结构器人制孔系统，系统涉及到机器人技术、先进制造技术以及手眼视觉技术等先进科学技术。系统功能和结构飞机部件级机器人带JJ4L系统能够完成大型钛合金、铝合金以及霍层飞机零部件的自动化制孔，图l为机器人带1]4L系统。该系统主要由机器人系统模块、制孔执行器模块、视觉检测系统模块和L位机模块4部分组成，图2为机器人制孔系统结构图。其中机器人模块的主要作用是根据制孔任务移动制孔执行器到目标位置，主要由机器人本体及机

5、器人控制器组成；制孔执行器模块直接与工件接触完成制孔任务，主要由制孔执行器本体及PLC控制系统组成；视觉检测模块主要向上位机和机器人控制器提供帝IJ#L位置信息和焊缝信息；上位机模块主要用于在软件层控制系统的启／停、带114L参数设置以48航空制造技术·2010年第2期及各个设备运行状态的监控。下文分别从机械系统，视觉检测系统和控制系统3方面对机器人制孔系统进行论述和分析。机械系统设计机器人N4L系统机械系统的设计主要包括制孔执行器的设计和机器人的选型。制孔执行器主要由主轴单元、进给单元、压紧单元、支承单元和传感单元组成，如图3所示。主轴单元和进给单

6、元丰要完成制孔过程中的主图3制孔执行器轴运动和进给运动；支承单元一方面为制孔执行器上的其他组件提供必要的机械连接接口和支承，另一方面提供制孔执行器与工业机器人连接的机械结构；压紧单元采用气动压紧，主要作用是通过压紧工件减小制孔过程中的系统振动，同时也可以消除叠层材料之间的间隙，防止切屑和层间毛刺进入叠层引起应力集中；传感单元主要用于制扎过程中的状态信息采集，包括压力传感器、气缸行程开关和进给行程开关。制孔执行器性能参数如下：(1)外形尺寸长X宽X高约为580mmx274mmx350mm，重量约为45kg；(2)可加工孔的直径范围为咖5mm～咖8ram

7、，制孔材料为铝合金、钛合金或叠层材料；(3)采用气动压紧，压紧力范围为0～180kg，压紧行程为0～20ram；(4)主轴的最高转速为6000r／rain，额定转速为3000r／rain，连续扭矩2N·m，峰值扭矩8N·m；图4ABB公司的工业机器人(5)可实时反馈压紧力，用于监测刀具的磨损或断裂情况，并绘制压紧力随时间的变化图，(6)可附加外冷却设备和真空吸屑装置。工业中较常用的机器人主要有Spec·a1EquipmentforAvIatIonIndusify航空专用设备ABB、KUKA、Fanuc和Motoman等品牌。对于机器人制孔系统，机器人

8、选型需要根据工件尺寸、制孔执行器重量、制孔精度、钻削力以及成本等因素综合考虑。本系统选用ABB公司的IRB6