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一种基于刚度匹配的重载三坐标数控定位器设计方法技术

技术编号:7897678 阅读:265 留言:0更新日期:2012-10-23 04:03
本发明专利技术公开了一种基于刚度匹配的重载三坐标数控定位器设计方法。方法的步骤为:1)建立重载三坐标数控定位器的运动特征矩阵;2)采用有限元法计算重载三坐标数控定位器各部件的刚度并建立其误差模型;3)建立重载三坐标数控定位器的空间定位误差模型,并根据误差模型匹配各部件的刚度并优化其结构。本发明专利技术的优点在于:1)根据重载三坐标数控定位器的空间定位误差模型可以获取其空间定位误差数据;2)通过对重载三坐标数控定位器的结构优化,可以适度控制三坐标数控定位器的外形尺寸,降低其制造成本;3)能够提高飞机的调姿精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
在飞机总装配过程中,要求飞机的大部件具有正确的位置和姿态。传统的飞机装配是通过刚性型架来保证飞机各大部件的空间位置和姿态,这种装配方法效率低,装配质量不稳定。为了克服刚性型架的缺点,世界航空发达国家研发了先进的飞机数字化装配系统,飞机的大部件由多个三坐标数控定位器支撑,部件的姿态调整是通过多个三坐标数控定位器的协同运动来实现。当飞机部件实现自适应入位后,飞机部件的质量载荷完全由三坐标数控定位器承担,因此三坐标数控定位器不可避免的会产生变形。重载三坐标数控定位器的调姿对象为大型飞机,飞机部件的外形尺寸大,质量也较大,为了保证调姿工装的支撑稳定性与开敞性,重载三坐标数控定位器的结构一般为悬臂支撑方式。单从提高飞机装配质量的角度看,应尽量提高三坐标数控定位器的刚度。重载三坐标数控定位器各部件均为整体铸造件,要提高重载三坐标数控定位器各部件的刚度,也就等于增加铸件壁厚或使用强度更好的材料。这种依靠改变重载三坐标数控定位器部件材料和结构参数并不能无限的提高其刚度,而且,在增加刚度的同时也使重载三坐标数控定位器的加工制造成本大幅度增加。实际上,重载三坐标数控定位器各部件的变形对其空间定位精度具有不同程度的影响。根据“适度”刚度设计原则,即在满足空间定位精度的条件下,定位器的结构越简单、自重越轻越好,因此,需要根据空间定位精度模型优化重载三坐标数控定位器结构,合理匹配各部件的刚度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。基于刚度匹配的重载三坐标数控定位器设计方法的步骤如下I)重载三坐标数控定位器能够沿X、Y、Z三个方向进给,通过多个重载三坐标数控定位器的协同运动能够实现飞机或部件的位姿调整,重载三坐标定位器划分为如下四个部件(I)底座部件包括底座7、Y向传动系统9、Y轴拖板6 ; (2)立柱部件包括立柱5、Z向传动系统4 ; (3)Z轴滑台部件包括Z轴滑台3和X向传动系统8 ; (4)X轴滑台部件包括X轴滑台2和入位夹紧机构1,球托10 ;2)根据重载三坐标定位器的结构与运动方式建立坐标系系统,坐标系系统包括底座坐标系{base},立柱坐标系{0y},Z轴滑台坐标系{0z},X轴滑台坐标系{Ox},装配坐标系{0a},并建立重载三坐标数控定位器的运动特征矩阵;底座部件到立柱部件之间的运动特征矩阵为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于刚度匹配的重载三坐标数控定位器设计方法,其特征在于它的步骤如下:1)重载三坐标数控定位器能够沿X、Y、Z三个方向进给,通过多个重载三坐标数控定位器的协同运动能够实现飞机或部件的位姿调整,重载三坐标定位器划分为如下四个部件:(1)底座部件:包括底座7、Y向传动系统9、Y轴拖板6;(2)立柱部件:包括立柱5、Z向传动系统4;(3)Z轴滑台部件:包括Z轴滑台3和X向传动系统8;(4)X轴滑台部件:包括X轴滑台2和入位夹紧机构1,球托10;2)根据重载三坐标定位器的结构与运动方式建立坐标系系统,坐标系系统包括底座坐标系{base},立柱坐标系{Oy},Z轴滑台坐标系{Oz},X轴滑台坐标系{Ox},装配坐标系{Oa},并建立重载三坐标数控定位器的运动特征矩阵;底座部件到立柱部件之间的运动特征矩阵为:Tybase=100xybase010yybase+py001zybase0001立柱部件到Z轴滑台部件之间的运动特征矩阵为:Tzy=100xzy010yzy001zzy+pz0001Z轴滑台部件到X轴滑台部件之间的运动特征矩阵为:Txz=100xxz+px010yxz001zxz0001为重载三坐标定位器在调姿之前坐标系{n}的原点在坐标系{m}中的坐标值,pi为重载三坐标数控定位器各轴的进给量;球托球心在X轴滑台坐标系{Ox}中的坐标为在装配坐标系{Oa}中的坐标为底座坐标系{base}的原点在装配坐标 系{Oa}中的坐标为则得到球托球心在装配坐标系下的理论位置:Pjointa1=TxzTzyTybasePjointx1+Pbasea13)根据重载三坐标定位器的承载情况建立各部件误差模型;(1)底座部件的误差模型:ΔTybase=1000010Δybase001Δzbase0001其中,Δzbase为底座部件在Z轴方向上产生的变形,Δybase为Y向传动系统中丝杆产生的轴向变形,底座沿Z轴方向的变形为:Δzbase=Fzbasekzbase其中,为底座部件所受的Z向载荷,为底座部件的Z向刚度,Y向传动系统中丝杆变形为:Δyybase=μ·Fzbase+Fybasekybase其中,μ为Y向传动系统中导轨、滑块之间的摩擦系数,为底座部件所受的Y向载荷,丝杆的轴向刚度为:kybase=A·ES·La·b其中,A为丝杆轴断面面积,ES为丝杆弹性模量,L为丝杆安装间距,a和b为丝杆螺母距丝杆两端支撑位置距离;(2)立柱部件误差模型:ΔTzy=10Δβ001-Δα0-ΔβΔα1Δzy0001其中Δα为Z向传动系统中导轨绕立柱坐标系{Oy}下X轴的转角,Δβ为 Z向传动系统中导轨绕立柱坐标系{Oy}下Y轴的转角,Δzy为立柱的Z向变形与Z向传动系统中丝杆的轴向变形之和,导轨的偏转角度为:Δθ=Fiywi.jy其中Δθ为偏转角,为立柱所受的沿i向的载荷,为立柱的在i向载荷作用下沿j轴偏转的抗弯刚度,Z向传动系统的丝杆刚度计算公式与Y向传动系统相同;(3)Z轴滑台部件误差模型:ΔTxz=100Δxz0100001Δzz0001其中Δzz为Z轴滑台沿Z轴的压缩变形,Δxz为Z轴滑台沿X轴的压缩变形与X向传动系统中的丝杆轴向变形之和,X向传动系统的丝杆刚度计算公式与Y向传动系统相同;(4)X轴滑台部件误差模型:ΔTxx=100Δxx010Δyx001Δzx0001其中Δix轴滑台组件沿i轴的压缩变形,4).建立重载三坐标数控定位器的空间定位误差模型,当考虑重载三坐标定位器的变形情况时,重载三坐标定位器的运动特征矩阵变为:底座部件到立柱部件之间的运动特征矩阵立柱部件到Z轴滑台之间的运动特征矩阵Z轴滑台到X轴滑台之间的运动特征矩阵则得到球窝球心在装配坐标系中的实际位置方程:PjointaR1=TxzRTzyRTybaseRPjointx1+Pbasea1重载三坐标定位器的空间位置误差模型为:[PjointaR]-[Pjointa]重载三坐标定位器各部件为整体铸造件,各部件的制造成本f(k)随部件刚度k增加而增加,为重载三坐标定位器的空间定位精度要求,重载三坐标数控定位器的设计优化模...

【技术特征摘要】
1.一种基于刚度匹配的重载三坐标数控定位器设计方法,其特征在于它的步骤如下1)重载三坐标数控定位器能够沿x、Y、z三个方向进给,通过多个重载三坐标数控定位器的协同运动能够实现飞机或部件的位姿调整,重载三坐标定位器划分为如下四个部件(I)底座部件包括底座7、Y向传动系统9、Y轴拖板6 ;(2)立柱部件包括立柱5、Z向传动系统4 ; (3)Ζ轴滑台部件包括Z...

【专利技术属性】
技术研发人员:柯映林盖宇春梁青霄何胜强杨国荣
申请(专利权)人:浙江大学西安飞机工业集团有限责任公司
类型:发明
国别省市:

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