文档介绍：1 绪论
论文的选题背景及来源
数字化加工生产设备以及计算机技术的应用,缩短了飞机的研制周期,提高了生产效率和产品质量。其中,自动钻铆技术和自动钻铆设备的应用,极大提高了铆接装配的效率和装配质量,减少了装配成本[1]。从五十年代初飞机制造业应用自动铆接机以来,已有三十多年的历史。自动铆接的优点日益被人所认识。有些制造厂认为,为提高接头的疲劳寿命以及改善密封性能,飞机的整体油箱板件以及其他主要受力板件必须采用自动铆接机铆接。
自动钻铆系统主要包括自动钻铆机和数控托架两部分[2]。自动铆接机主要完成包括夹紧工件、钻孔、鍃窝、送钉、压铆、铣平钉头(指无头铆钉)松开夹紧等一系列工序,铆接完一个铆钉后自动定位至下一个铆钉位置。但在实际应用过程中仍然存在着铆接效率不高、产品重复定位精度差、自动钻铆程序编制繁琐、铆接质量不稳定以及不能在线外检查程序的准确性等问题,并且自动铆接机配合数控托架在加工产品过程中,自动钻铆设备需要多维度的运动,运动结构复杂,易于发生机构与机构、机构与工件之间的干涉和碰撞,编程员难以预先发现,需反复试验调整程序,且调整策略仅依靠编程员的工程经验,不直观、效率低、差错大;同时程序的反复试调大大降低了设备的使用效率;此外由于托架及工件的自重,易出现工作过程中的中心偏移[3]。此外,不同的铆接工艺参数,如铆接力等,直接影响工件的质量,需要选择合适的工艺参数。仿真技术在自动钻铆中的应用,很好地解决了自动钻铆技术在应用过程中涉及到的上述问题。通过优化钻铆路径和工艺参数,以及运动过程的干涉碰撞检查,可预先检验工艺的合理性及装配中可能出现的干涉碰撞,从而提高成品率和装配效率。
随着大飞机项目的实施,为了保证飞机装配铆接的质量,迫切需要应用自动钻铆技术。自动钻铆仿真技术在数字化的环境下,可以有效地模拟真实环境,减少试验次数,在节约成本的同时,能对装配作业给出更为合理的建议和修改方案,从而缩短研发周期,并保证产品质量。在这样的背景下,自动铆接机的运动学仿真对于铆接的稳定高效生产具有重要的意义。
由于能力有限,本课题我主要研究了自动钻铆机的工作原理,对自动钻铆机进
行了简单的三维建模和简单的运动仿真,并在此基础上使用ANSYS对干涉配合做了简单的有限元分析。
自动钻铆技术概述
按工作方式分,铆接可分为手工铆接和自动钻铆。手工铆接由于受工人熟练程度和体力等因素的限制,难以保证稳定的高质量连接。而自动钻铆是航空航天制造领域应自动化装配需要而发展起来的一项先进制造技术。自动钻铆技术即利用其代替手工,自动完成钻孔、送钉及铆接等工序,是集电气、液压、气动、自动控制为一体的,在装配过程中不仅可以实现组件(或部件)的自动定位,同时还可以一次完成夹紧、钻孔、送钉、铆接/安装等一系列工作。它可以代替传统的手工铆接技术,提高生产速率、保证质量稳定、大大减少人为因素造成的缺陷。随着我等方面的不断提高,在铆接装配中发展、应用自动钻铆技术,己经势在必行。在航空航天产业制造过程中,无论是零件、组件、部件的装配还是电缆和成品的连接都离不开各种连接方法和连接件,例如铆接、螺接、胶接、焊接等。目前,应用最广泛的是铆接和螺接。与其他连接方法相比,这两种连接方法工艺比较成熟,设计方法比较完善;另外,大量的实践证明,用这两种连接方法连接的各种结构件在实际使用中是可靠的,并且易于检测。其中,铆接是不可拆卸的连接,。桁架连接是铆接结构的主要形式,用于连接各种结构件中的桁架和蒙皮[4]。
国内外的研究现状
国外自动钻铆设备的使用已经有几十年的历史,在相应的仿真与优化技术方面也进行了较多的研究和应用,如BROTJE自动控制公司开发的针对BROTJE公司钻铆设备的离线编程模拟系统(BA—OLPS)。该系统通过CATIA模型可以导出数据结构至NC程序,并能进行碰撞检查,优化NC程序,缩短生产准备时间。在铆接变形仿真方面,Hsing-Ling Wang[5]对铆钉钉头处的变形进行有限元分析与试验验证,施加不同大小的压力,研究压力变化对铆钉钉头变形直径的影响, 并对一组铆钉的疲劳载荷的传递进行了研究。针对铆接工艺方面Billy Kelly[6]等仿真了一个铆钉的安装过程,研究了轴对称模型下铆钉安装仿真的FE模型,精确地预测了铆接成形过程中的力。V Blanchot[7]等人以不同途径建立可调整数值模型来仿真铆钉连接,
并建立了部分、轴对称和3D三种模型。
国内虽然在仿真技术方面起步较国外相比稍晚,但近几年发展速度很快。刘斌[8]运用CATIA中的DMU(数字样机模块)进行优化分析,实现了汽车总体没计中相关部件运动机构仿真分析。西安飞机设计研究所在飞机研制中釆用并行工程和无纸设计技