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采用自動鉆鉚技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)壁板的制孔與鉚接是提高飛機(jī)裝配質(zhì)量和效率的有效途徑[1]. 自20世紀(jì)50年代起源，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，自動鉆鉚設(shè)備已能自動完成定位、制孔、锪窩、送釘、插釘、鉚接及檢測等一系列工序，已是先進(jìn)航空制造中不可或缺的重要裝備。

國外對自動鉆鉚設(shè)備的研究起步較早，西方航空工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)擁有成熟的自動鉆鉚設(shè)備，例如德國BROTJE公司的MPAC自動鉆鉚機(jī)、美國EI公司的E4000系列自動鉆鉚機(jī)等[3-4].中國早在20世紀(jì)70年代初就嘗試研制自動鉆鉚設(shè)備，但由于當(dāng)時(shí)工業(yè)技術(shù)落后，自動鉆鉚設(shè)備未能研制成功. 近年來，國內(nèi)各大航空制造廠在引進(jìn)國外自動鉆鉚設(shè)備的同時(shí)，加強(qiáng)了與國內(nèi)科研院所的合作，成功研發(fā)出一些較為先進(jìn)的自動鉆鉚設(shè)備，例如西飛研發(fā)的基于E7000型自動鉆鉚設(shè)備的柔性裝配托架，成飛研發(fā)的塔式五軸數(shù)控鉆鉚系統(tǒng)。

自動鉆鉚系統(tǒng)在實(shí)際鉚接時(shí)受到大載荷的循環(huán)施加，鉆鉚系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)一定的彈性形變，導(dǎo)致加工精度下降. 自動鉆鉚系統(tǒng)需要具有較強(qiáng)的剛度以抵抗這種彈性形變，這就需要定量地分析鉆鉚系統(tǒng)末端的變形，研究其末端剛度，為其后的控制反饋提供一定的數(shù)據(jù)支持. Kim等[8]研究了多體系統(tǒng)中工作空間內(nèi)的剛度矩陣、Salgado等[9]將機(jī)床刀具、夾具、壓緊機(jī)構(gòu)等機(jī)床部件的剛度矩陣合成為系統(tǒng)整體剛度矩陣加以分析、閆蓉等[10]提出了一種多軸加工系統(tǒng)剛度場半解析方法，用以分析工作空間中的剛度特性分布規(guī)律、Gao等[11]通過解析法建立了機(jī)床工作空間內(nèi)的剛度模型，并利用該模型對不同位姿下的加工誤差進(jìn)行了分析、吳石等[12]利用多體小變形理論建立了機(jī)床的綜合剛度模型，并通過力橢球分析了加工各要素對加工系統(tǒng)綜合剛度性能的影響.

以往對機(jī)床剛度的研究大多采用多體運(yùn)動學(xué)的方法進(jìn)行分析，很少全面地考慮機(jī)床變形的所有來源、對于本研究臥式雙機(jī)聯(lián)合鉆鉚系統(tǒng)，需要綜合考慮機(jī)床變形的各個(gè)來源建立其末端剛度模型. 針對這一情況，本文運(yùn)用機(jī)器人學(xué)相關(guān)理論建立其運(yùn)動學(xué)模型，并使用雅克比矩陣法、點(diǎn)傳遞法、有限元分析法逐一對其柔性運(yùn)動軸、運(yùn)動關(guān)節(jié)、末端執(zhí)行器等關(guān)鍵部件建立剛度矩陣，在此基礎(chǔ)上基于彈性小變形原理建立多軸機(jī)床的末端綜合剛度模型. 這種末端綜合剛度模型可分析不同位姿下系統(tǒng)所產(chǎn)生的變形，以便優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必要時(shí)通過控制系統(tǒng)給出補(bǔ)償量，提高鉚接精度.

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結(jié) 論

（1）在其余位置參數(shù)不變時(shí)，變換X軸位置參數(shù)對末端變形量的影響并不大；變換Y軸或者Z軸位置參數(shù)時(shí)，末端變形量變化較為明顯. 因此，后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作可重點(diǎn)關(guān)注Y軸與Z軸，以提高自動鉆鉚設(shè)備的末端剛度.

（2）在鉆鉚力一定時(shí)，試驗(yàn)所得的末端變形量最大值與最小值的差異約為32%，表明該多軸機(jī)床具有良好的整體剛度，其末端剛度對位姿變化的影響不太敏感.

（3）利用本文所述末端綜合柔度矩陣所得到的機(jī)床末端變形量與實(shí)際實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果誤差不超過10%，說明該末端綜合柔度矩陣具有相當(dāng)高的精度，并且在鉆鉚系統(tǒng)受重載的情況下仍適用.這對于臥式雙機(jī)聯(lián)合鉆鉚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與后續(xù)的改進(jìn)具有重要的參考意義

分類：臥式加工中心

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