面向装配现场的机器人精密制孔系统

本书主要针对航空制造产品在装配阶段实现自动化制孔展开，对机器人制孔系统发展深入研究，设计、研发开发钻孔末端执行器和螺旋铣末端执行器；完成制孔系统软件开发，对执行器轨迹规划、作业算法、检测功能进行开发；实现机器人与末端执行器的自适应控制；对钻孔机理进行研究，对叠层材料进行钻孔试验；对铣孔机理进行研究，分别对TC4、CFRP材料进行钻孔试验；对孔内表面精整、孔缘毛刺去除机理进行研究并基于TC4钛合金材料对孔内表面精整、孔缘毛刺去除分别进行试验分析。本书具有一定的理论高度和较高的实用价值，既可供从事航空航天领域自动化制孔和机械制造的工程技术人员参考，也可以作为高等院校制造类专业本科生和研究生的参考书。

前言
英文缩写表
第1章 绪论 1
1.1 制孔技术及其设备发展 2
1.1.1 手工制孔 2
1.1.2 半自动制孔 3
1.1.3 全自动制孔 5
1.2 自动制孔系统分类及关键技术 12
1.2.1 大型自动制孔系统 13
1.2.2 工业机器人自动制孔系统 14
1.2.3 柔性导轨机器人自动制孔系统 15
1.2.4 爬行机器人自动制孔系统 16
1.2.5 机器人自动制孔系统关键技术 17
1.3 装配现场机器人制孔系统的优势 22
1.3.1 装配现场的现状 22
1.3.2 装配现场制孔存在的问题 23
1.3.3 机器人自动制孔系统的优势 23
参考文献 24
第2章 制孔末端执行器研制 30
2.1 钻孔末端执行器研制 30
2.1.1 技术要求 30
2.1.2 结构设计 31
2.2 自动制孔系统总体设计 42
2.3 铣孔末端执行器研制 44
2.3.1 螺旋铣削单元设计 45
2.3.2 离合转换机构设计 47
2.3.3 轴向进给机构设计 48
2.3.4 刀具夹持单元设计 51
2.3.5 承载框架与连接设计 51
2.3.6 控制系统 51
2.3.7 关键部件的强度校核 52
2.3.8 工作过程与特点分析 54
2.4 本章小结 56
参考文献 56
第3章 制孔系统软件开发 57
3.1 软件系统基本组成 57
3.1.1 软件控制拓扑 57
3.1.2 界面设计 59
3.1.3 制孔主界面功能 60
3.1.4 用户管理 66
3.2 制孔路径规划与位置修正 66
3.2.1 制孔路径规划 66
3.2.2 位置修正 67
3.3 寻法算法 70
3.3.1 测量方案 70
3.3.2 测量原理 70
3.4 视觉检测系统 72
3.4.1 需求分析 72
3.4.2 总体设计 73
3.5 自动换刀及刀具检测系统 75
3.6 本章小结 77
参考文献 77
第4章 考虑装配空间受限的关节机器人高精度轨迹跟踪神经网络控制 78
4.1 机器人动力学模型以及相关预备知识 80
4.1.1 机器人动力学模型 80
4.1.2 移位函数 83
4.1.3 RBF神经网络 84
4.2 控制方法设计和稳定性分析 85
4.2.1 控制方法设计 85
4.2.2 稳定性分析 87
4.3 仿真实验 88
4.3.1 标称模型下的轨迹跟踪控制 89
4.3.2 存在不确定项的轨迹跟踪控制 92
4.3.3 模型参数未知且存在不确定项的轨迹跟踪控制 95
4.4 本章小结 97
参考文献 98
第5章 机器人钻孔机理及试验 99
5.1 钻孔机理分析 99
5.2 主要试验仪器设备 101
5.3 制孔试验 103
5.3.1 铝合金叠层材料制孔试验 104
5.3.2 铝合金/CFRP叠层材料制孔试验 120
5.4 本章小结 132
参考文献 133
第6章 机器人铣孔机理及试验 134
6.1 螺旋铣孔运动分析 134
6.2 材料去除分析 141
6.3 切削力与切削温度分析 143
6.3.1 仿真过程 143
6.3.2 试验装置 146
6.3.3 结果与讨论 147
6.4 螺旋铣孔试验 156
6.4.1 TC4钛合金铣孔试验 157
6.4.2 CFRP材料铣孔试验 159
6.5 本章小结 169
参考文献 169
第7章 孔精整机理及试验 171
7.1 MAF技术 171
7.1.1 MAF技术的加工机理 172
7.1.2 MAF技术的特点 175
7.1.3 MAF技术的发展与应用 175
7.2 磁场分析 176
7.2.1 磁场分析步骤 176
7.2.2 磁场试验方案 178
7.2.3 磁极类型对磁场影响 179
7.2.4 偏心距对磁场影响 185
7.3 孔表面光整试验 194
7.3.1 孔内表面精整机理 194
7.3.2 TC4钛合金孔表面光整试验 197
7.4 孔缘毛刺去除试验 206
7.4.1 孔缘毛刺去除机理分析 207
7.4.2 TC4钛合金孔缘毛刺去除试验 212
7.5 本章小结 215
参考文献 215