碳纤维复合材料高质量制孔工艺

制孔质量是导致碳纤维复合材料产品报废的重要因素.本文从机械加工的角度,论述了碳纤维复材产品制孔工艺过程中的主要缺陷及其形成机理.为解决这些缺陷,根据其形成机理,设计了相关对比工艺试验.在试验验证的基础上,提出了碳纤维复合材料高质量制孔的工艺参数.     

TC4合金径向超声振动铣削切削力特征分析

在设计的径向超声振动铣削实验平台上,对TC4合金径向超声振动铣削的切削力特征进行了研究。建立了径向超声振动铣刀刀尖运动轨迹数学模型,并通过仿真分析发现,在主轴转速一定的情况下,每齿进给量是影响刀刃和工件周期性分离的主要因素,随着进给量的增大,刀具与工件分离程度变小,直至不能分离。设计了以每齿进给量为变量的单因素切削实验,发现在满足刀刃和工件发生周期性分离的条件下,超声振动辅助铣削的切削力明显降低,且其高频波动也比普通铣削小。通过对切削力随进给量的变化规律研究发现,在刀屑分离的范围之内,随着进给量的增加,超声振动辅助铣削时的切削力增加相对缓慢。当进给量超过两倍振幅后,切削力增加比较明显。但与普通切削相比,超声振动时的切削力仍然有一定的降低。     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

基于实验模态分析的航空电子机箱振动特性研究

论述了使用实验模态分析方法对某型号航空电子机箱测量频响函数的全过程;通过参数识别方法获得了产品的模态,进而确定了产品的振动特性;最后,使用有限元软件工具对产品FEA模型进行了动力学仿真分析,将仿真结果与模态实验结果进行比对,并修正了产品的有限元模型。     

高强度碳纤维增强复合材料层合板的钻削制孔过程及其缺陷形成分析

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。针对T800级高强度CFRP单向层合材料开展直角自由切削试验,研究其在切削过程中的切削力和切削热随纤维方向角的变化产生的各向异性行为。针对制孔刀具三尖钻和八面钻开展CFRP层合板的钻削制孔试验,研究了三尖钻和八面钻的具体钻削过程中切削力、扭矩和切削温度的变化规律及其对钻削缺陷形成的影响。此外,对钻削制孔形成的孔壁加工表面进行分析,得到了典型孔壁缺陷的形貌照片并分析其形成原因。     

大螺距数控螺旋铣削飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷抑制方法（英文）

研究了大螺距数控螺旋铣削(NC orbital milling,NCOM)飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷的抑制方法。对比试验表明,毛刺、孔检非一致性和误差是典型的界面缺陷,其中大螺距螺旋铣削制孔时孔径非一致性和误差比毛刺更为严重。作为影响界面缺陷的主要因素,对轴向力和径向力进行了深入研究。从螺旋铣孔(Orbital milling,OM)的加工机理和叠层制孔的实际工况出发,对CFRP/Ti6Al4V叠层结构进行了不同切削条件下大螺距NCOM制孔试验,分析了叠层夹紧、切削参数、微量润滑(Minimal quantity lubrication,MQL)、以铣代铰、层间变速等方法对界面孔径的影响。研究结果表明,层间夹紧、层间变速及MQL均可有效抑制界面孔径对接超差缺陷。当采用一把刀具加工不同尺寸孔径时,轴向进给对界面孔径精度的影响比切向进给显著;当采用多把不同加工同一尺寸孔径时,小直径刀具会降低一次加工时界面孔径精度,但可以采取"二次以铣代铰"方法改善孔径加工精度。     

系统级产品振动试验仿真

本文利用有限元建模技术，建立了振动台、试验夹具、系统级产品精细的有限元模型，对各部件模型进行了振动特性计算，并通过部件模态试验和振动试验结果及总体综合分析相结合的方法对有限元模型进行了多次修正，得到了总体有限元模型。根据此模型进行了产品的振动试验仿真，并用试验结果对仿真结果进行了验证，验证结果表明系统级产品振动试验仿真结果与振动台试验实测数据是具有可比性的，振动响应的均方根值误差基本上小于lO％，功率谱曲线趋势近似，误差在工程允许的范围内。     

Ti6Al4V钛合金深孔枪钻加工切屑成形机理（英文）

深孔枪钻加工过程中,切屑形貌是影响其加工质量的一个重要因素,并且切屑的成形机理与工艺参数之间的关系也一直是深孔加工研究的难点。本文以Ti6Al4V钛合金为研究对象,一方面,通过理论分析了枪钻加工螺旋形切屑成形的4个过程和影响因素;另一方面,借助于扫描电镜检测研究了Ti6Al4V钛合金枪钻加工切屑的断裂机理;最后,通过加工试验和流场仿真,分析了切削速度、进给量和冷却液油压变化对切屑形貌的影响,结合切屑厚度测量得出了切屑压缩比与表面粗糙度的关系。研究结论对Ti6Al4V钛合金深孔枪钻加工工艺参数的优化提供了指导。     

面外弯曲振动薄板上的除冰剪切应力分布特征研究（英文）

基于压电驱动器激励振动的机械力学式除冰技术是一种重量小和能耗低的新型除冰技术，用于应对航空结冰威胁问题。其中机械振动引起的界面剪切应力和相应结构振动模态是该除冰技术研究中的两个重要方面。寻找合适的振动模态来产生足够的界面剪切应力以提高除冰效率是研究中的重要内容。薄板的振动模态通常用横向轴线和纵向轴线上的反节点数m和n来描述。本文目的是研究不同结构弯曲振动模态下除冰剪切应力的分布特征，从而为基于机械振动的结冰防护系统（Ice protection system, IPS）的详细设计建立目标振动模态的选择依据。通过理论分析和仿真计算，建立了界面剪切应力与结构振动模态参数之间的关系。采用“冰层-平板-压电陶瓷”的有限元分析模型（Finite element model, FEM），仿真计算了不同振动模态下的应力应变水平，并根据仿真和实验结果分析了除冰剪切力的分布特征。最终给出了基于弯曲振动模态参数m和n的特征来确定除冰模态的选择标准。     

薄壁零件的高速铣削振动研究

为研究薄壁零件加工的振动机理,本文在考虑动态切削厚度的变化以及顺铣和逆铣之间差别的基础上,建立了一个薄壁零件立铣的力学模型,并用两个铣削实例加以验证.结果表明,该模型可以预测动态铣削过程中的切削力和振动位移.     

机器人柔性钻孔控制系统的设计与实现

针对飞机柔性装配的需要,在具体分析机翼钻孔流程的基础之上,提出一套基于工业机器人的柔性钻孔控制系统。该系统采用工业机器人集成多功能末端执行器的工作方式,并开发出具有精度补偿、姿态自适应调整和运动控制等功能的软件包。实验证明,该系统能有效提高机翼钻孔的质量和效率,满足其装配需求。     

工业机器人D-H运动学参数分步辨识方法

针对工业机器人运动学参数辨识过程中的角度误差易淹没在数量级较大的位置误差中的问题，提出一种快速有效的分步辨识方法。首先构建机器人Denavit-Hartenberg（D-H）运动学模型，其次给出参数辨识两步误差模型，最后进行机器人运动学参数辨识试验。借助激光跟踪仪进行外部测量，通过3种试验方案对比，验证了基于两步误差模型的机器人运动学参数辨识方法的正确性和有效性，且辨识精度具有一定优势。将辨识参数代替机器人原有运动学参数，进行碳纤维薄板钻孔加工，加工孔的位置度由3 mm提高到1 mm以内。     

机器人操作机的建模及避障研究

介绍了机器人智能路径规划系统-RIPPS.该系统可用作机器人离线编程工具.系统由几何建模,运动学建模及路径规划三部分构成.用户利用其几何建模功能建立分布着障碍物体的机器人工作环境,通过输入参数利用机器人运动学建模功能来定义机器人操作机.系统的路径规划器根据指定的机器人起始位姿及目标位姿产生准优化路径,首先将障碍物体变换到位姿空间中,再在位姿空间中进行路径搜索.作者已在SGI/4D70工作站上进行了有效的仿真研究,下一步工作是在商业化机器人上实现该规划系统.     

多模式自适应差动履带机器人

为提高履带机器人对复杂地形的通过能力与反应速度,基于差动轮系的原理,提出一种新型欠驱动式履带机器人。分析了机器人在松软、崎岖、平坦等地形下履带式、摇臂腿式、轮式等移动方式。描述了机器人通过台阶的4种情况,通过建立动力学模型,计算出4种情况下所需的驱动扭矩与障碍物高度、机器人履带模块尺寸之间的关系。利用ADAMS进行越障动力学仿真,得到机器人越障过程扭矩变化曲线。制作一台样机,进行攀爬台阶实验,验证了其自适应越障的可行性。理论分析与实验结果表明:该机器人针对地形变化自适应改变移动方式的能力提高了反应速度,多种越障方式有效增强了通过能力。     

自动化钻孔系统柔性控制

针对飞机柔性装配中的壁板精确制孔问题,提出了采用工业机器人与末端执行器柔性自动化协同控制的钻孔的系统方案,实现了对飞机壁板的自动化精确制孔任务。柔性自动化钻孔控制软件系统健壮、开放性好、集成度高、钻孔效率达3～4个/min。所以,采用工业机器人钻孔系统柔性自动化控制能够满足飞机工业对精度、产量、柔性、成本等诸多要求。     

移动机器人铣削制孔系统基准检测

结合航空大部件的数字化对接装配需求,设计了一套用于对接面铣削制孔的移动机器人加工系统,并提出具体的加工工艺流程。研究了基于激光轮廓扫描仪的大量散乱点云数据的预处理算法,提出基于栅格法和迭代拟合法的对接面特征提取算法。针对移动机器人加工系统在大场景下的高精度定位问题,提出基于扫描线法和最小二乘法原理的对接基准孔坐标找正算法。通过产品的加工实验验证,对接面铣削和制孔精度满足系统要求的各项技术指标,证明了本文提出的移动机器人铣削制孔系统的装配对接面加工方法能够精确地完成大部件数字化装配任务,对提高装配质量和效率具有重要意义。     

自动钻铆连接件疲劳性能分析

自动钻铆技术是目前飞机先进装配连接技术的发展趋势,国内在这方面的工艺积累不足。本文以两种自动钻铆设备及手工钻铆生产的铆接构件分别做疲劳试验。结果表明:在合适的工艺参数下,采用自动钻铆的铆接构件疲劳寿命较传统的手工钻铆有显著的提高;工艺参数的不同组合,对连接的疲劳寿命将产生较大影响;自动钻铆对各工艺参数的控制精度明显优于手工钻铆。因此,对于镦头高度等质量检验标准可以提高精度要求。     

胶囊机器人管内流场的数值模拟和实验测量

胶囊机器人广泛应用于人体肠道的检查和治疗。根据永磁体法，设计制造了一种磁控光滑胶囊机器人。基于计算流体动力学（CFD）方法，模拟了胶囊机器人在充满黏液的管道内旋进（旋转和平移）时，其周围流体的流场（速度和涡量）；利用粒子图像测速（PIV）技术测量该流场；计算了胶囊机器人以不同转速旋进时，管道内流体流场以及胶囊机器人所受到的阻力、阻力矩和周围流体的平均湍流强度等。最后，还对胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小进行了实验测量。结果表明:1）随着胶囊机器人转速的增大，胶囊机器人四周和下部区域流体速度和流体涡量都略微增大，而其周围流体的流线和涡量分布规律基本相似。2）随着胶囊机器人转速的增大，胶囊机器人前进方向所受阻力矩和周围流体平均湍流强度均增大，而其前进方向所受阻力基本不变。3）实验测量到的胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小与数值计算结果基本相似。     

基于波叠加方法的可视化声源识别

介绍了一种基于波叠加方法的可视化声源识别技术。应用波叠加基本理论,采用Burton-Miller型组合层势法或复数失径方法克服解的非惟一性问题,并通过Tikhonov正则化方法求解这一反问题。对两脉动球声源和两摆动球声源进行数值仿真,并与解析解进行对比,仿真结果可以很好地识别出两声源的位置。另外,稳健性分析结果表明该方法具有较好的稳健性。最后,通过实验进一步验证了波叠加方法用于声源识别的可行性。     

一种基于遗传算法的机器人补偿学习控制方法

机器人建模的不精确性以及一些扰动的存在给机器人控制增加了相当大的难度。针时这一问题，本文以PUMA560机器人为被控对象，给出了一种PUMA560机器人动力学模型的简化形式，采用PD控制的计算力矩法，得到了机器人的闭环动态误差方程，在此基础上设计了机器人的控制器结构，提出了一种新的基于遗传算法(Genetic algorithm，GA)的机器人补偿学习控制方法。将GA与计算力矩法相结合，利用进化学习来消除机器人中不确定因素的影响，实现时机器人轨迹跟踪的良好控制。最后给出了这种控制的仿真结果，验证了该方法的有效性。