纤维增强复合材料及其与合金叠层材料,具有硬度高、耐高温、耐腐蚀、密度低等优良特性,被广泛应用在航空航天、国防军工等领域的大型构件上。该类材料为典型的难加工材料,采用传统钻孔技术制孔时容易产生毛刺、撕裂等缺陷,从而降低孔的加工质量,严重时导致零件报废。螺旋铣孔技术,具有切削力小、切削热低、易排屑等优点,能够显著的提高制孔效率和加工质量,已成为难加工材料新型高效制孔的关键技术。目前主流螺旋铣孔末端执行器存在的问题是体积大、重量大,这对多关节工业机器人的功率与刚度要求较高,不仅耗费功率,也会影响制孔的形位精度。针对这一问题,本文提出一种轻量化的螺旋铣孔末端执行器,主要研究内容包括以下几个方面:(1)通过对螺旋铣孔末端执行器的需求分析,以形状和尺寸为约束,提出轻量化螺旋铣孔末端执行器的整体设计方案,包括装置的主要参数设计、整体设计及其工作流程。对该末端执行器进行结构设计,主要包括末端执行器工作装置结构设计、行星减速式调节偏心量装置结构设计及校核、动力源结构设计及校核。通过结构改进创新的设计,相同加工能力下,该末端执行器相对现有双偏心套筒结构末端执行器重量大约降低3/5左右。通过对末端执行器工作装置装配体进行运动仿真分析,结果显示螺旋铣孔末端执行器无运动干涉,其运动规律满足螺旋铣削运动要求。(2)利用拓扑优化的方法对末端执行器附件中重量和体积较大的支撑套筒与导轨定位系统底座结构进行轻量化设计。在HyperMesh中建立优化设计有限元模型,优化目标为体积最小。通过拓扑优化得出优化后设计区域材料的最优化布局等直面图,根据拓扑优化结果分析建立优化后支撑套筒与导轨定位系统底座几何模型。通过结构优化评定,得出优化后的支撑套筒与底座质量分别减少26.67%与25%,整机减重18.75%。(3)建立螺旋铣孔末端执行器整机有限元模型,对关键零部件进行静力学分析,结果表明其结构强度和变形量均满足工作要求;对整机进行模态分析,得出整机低阶固有频率远高于自转频率和公转频率,表明工作装置不会发生共振,满足振动性要求;通过谐响应分析得出整机在外界激励力频率与自身低阶固有频率一阶、二阶附近处工作时会发生共振,本装置应避免在该外界激励力频率下工作。