整體螺旋槳型面機(jī)器人砂帶拋磨方法及軟件開發(fā).pdf

1、復(fù)雜曲面類零件主要是指包括汽輪機(jī)葉片、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、螺旋槳等在內(nèi)的零件，一般將磨削拋光作為其終加工手段。早在90年代，類似零件表面拋磨加工精度完全依賴于工人手工作業(yè)的熟練程度，其表面質(zhì)量通常難以管控。隨著國內(nèi)科技與經(jīng)濟(jì)的快速更新迭代，數(shù)控加工逐漸取代手工作業(yè)，復(fù)雜曲面類零件的制造精度與效率均得到了不同程度上的提升。但由于高端專用數(shù)控砂帶磨床首次巨額投資、占地面積大、柔性低等短板的存在，因此其無法適應(yīng)單件小批量生產(chǎn)。為補(bǔ)足這一短板，本文

2、以船用整體螺旋槳為研究對象，運(yùn)用機(jī)器人輔以輕量化拋磨工具對螺旋槳表面進(jìn)行拋光打磨實(shí)驗(yàn)。機(jī)器人恰巧具備專用數(shù)控砂帶磨床所缺失的層面，用機(jī)器人加工復(fù)雜曲面類零件勢必會(huì)成為未來的發(fā)展方向。本文圍繞機(jī)器人走刀路線、輕量化拋磨工具選擇、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法、機(jī)器人加工過程工藝參數(shù)優(yōu)化、機(jī)器人離線加工程序編制等系列主要難題展開研究工作。研究成果儼然能夠?yàn)橐院髮C(jī)器人運(yùn)用于復(fù)雜曲面類零件加工領(lǐng)域提供重要的指導(dǎo)依據(jù)。本文主要革新點(diǎn)與研究工作如下：

3、>　　1.依據(jù)待加工工件輪廓形狀特點(diǎn)，建立了適應(yīng)于該工件體征的機(jī)器人拋磨系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上確定了機(jī)器人型號(hào)及其末端拋磨工具，并作相應(yīng)可行性分析。為驗(yàn)證實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)機(jī)器人作業(yè)過程中關(guān)節(jié)動(dòng)作的正確與否，依據(jù)實(shí)際機(jī)器人與工件尺寸按1:1比例在UG8.0平臺(tái)下建立相應(yīng)3維幾何模型以作仿真運(yùn)動(dòng)分析。
　　2.規(guī)劃了一種適應(yīng)于螺旋槳型面特征的機(jī)器人加工軌跡線，針對難加工部位諸如葉根圓角、相鄰葉片交疊區(qū)域等，等參數(shù)法、等距偏置法、等殘留高度法、投

4、影法等經(jīng)典刀具軌跡規(guī)劃方法已不能完全應(yīng)對。為此，提出了二次逆向重構(gòu)曲面RRRS（Repeat the Reverse Reconstruction Surface）并將等距分割出來的加工軌跡線投影至原型面的改進(jìn)加工軌跡線規(guī)劃方法，以上一步研究工作為基礎(chǔ)，等距離散加工軌跡線提取出機(jī)器人加工過程中的刀觸點(diǎn)。
　　3.對機(jī)器人拋磨系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)合笛卡爾空間坐標(biāo)變換的方法對系統(tǒng)進(jìn)行了逆向求解，得到了機(jī)器人作業(yè)過程中的理想位姿，并且利用雙

5、矢量控制技術(shù)（曲面刀觸點(diǎn)處的法向矢量與切向矢量）控制拋磨工具姿態(tài)。考慮到接觸輪寬度、彈性模量、砂帶厚度等諸多因素優(yōu)化了帶寬計(jì)算公式，較高程度上提高了機(jī)器人拋磨加工效率。
　　4.基于Open CASCADE(OCC)開放軟件平臺(tái)整合機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)求解算法開發(fā)了機(jī)器人離線加工程序生成專用軟件，生成單個(gè)程序的平均時(shí)間為2-3S。從根本上解決了技術(shù)人員手工輸入程序的難度，生成機(jī)器人離線加工程序的同時(shí)在VERICUT軟件上進(jìn)行了仿真切削加