本文關(guān)鍵詞：整體螺旋槳型面機(jī)器人砂帶拋磨方法及軟件開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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: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)�？紤]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)行了仿真切削加工以驗(yàn)證加工程序的正確性與合理性,針對仿真加工過程中的干涉碰撞現(xiàn)象,動(dòng)態(tài)調(diào)整了刀觸點(diǎn)處的切向矢量,較高程度上拓寬了機(jī)器人的可達(dá)作業(yè)區(qū)域。5.分析了機(jī)器人作業(yè)過程中對工件表面質(zhì)量敏感度較高的工藝參數(shù),結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)加工參數(shù),運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)法將各工藝參數(shù)進(jìn)行了合理搭配,最終拋磨加工效果驗(yàn)證了機(jī)器人加工整體螺旋槳的可行性與可靠性。
【關(guān)鍵詞】：整體螺旋槳 拋磨加工 砂帶拋磨 Open CASCADE 機(jī)器人拋磨
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG580.6;TP242
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題的研究背景與意義10-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢12-17
• 1.3.1 整體螺旋槳表面拋磨加工研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 機(jī)器人在拋磨加工領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.3 存在的主要問題與主要解決方案16-17
• 1.4 研究內(nèi)容17-18
• 1.5 研究方法與技術(shù)路線18-20
• 1.5.1 研究方法18
• 1.5.2 技術(shù)路線18-20
• 第二章 機(jī)器人拋磨硬件系統(tǒng)總體方案構(gòu)建20-28
• 2.1 機(jī)器人拋磨系統(tǒng)可行性研究20-23
• 2.1.1 機(jī)器人砂帶拋磨方式20
• 2.1.2 機(jī)器人拋磨主系統(tǒng)研究20-23
• 2.2 浮動(dòng)壓力磨頭技術(shù)23-24
• 2.3 機(jī)器人拋磨硬件系統(tǒng)構(gòu)建24-25
• 2.3.1 拋磨系統(tǒng)所需要達(dá)到的規(guī)定指標(biāo)24
• 2.3.2 拋磨機(jī)器人所需要達(dá)到的基本功能24-25
• 2.3.3 機(jī)器人拋磨系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)25
• 2.4 本章小結(jié)25-28
• 第三章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法研究28-50
• 3.1 機(jī)器人拋磨軌跡規(guī)劃28-33
• 3.1.1 槳葉型面刀具軌跡規(guī)劃28-31
• 3.1.2 清根加工刀具軌跡規(guī)劃31
• 3.1.3 圓角型面的逆向工程31-33
• 3.2 拋磨工具走刀步長及帶寬計(jì)算33-37
• 3.2.1 拋磨工具走刀步長計(jì)算33-34
• 3.2.2 拋磨工具走刀帶寬計(jì)算34-37
• 3.3 機(jī)器人動(dòng)態(tài)調(diào)整干涉方法37-41
• 3.4 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)反解41-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 機(jī)器人離線拋磨加工程序?qū)Ｓ密浖_發(fā)50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 機(jī)器人加工程序生成軟件開發(fā)平臺50-51
• 4.3 機(jī)器人離線加工程序生成軟件關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)51-57
• 4.3.1 三維幾何模型讀入模塊52-53
• 4.3.2 螺旋槳葉片型面加工模塊53-54
• 4.3.3 螺旋槳葉根圓角型面加工模塊54-56
• 4.3.4 工件型面坐標(biāo)變換模塊56
• 4.3.5 拋磨加工軌跡生成模塊56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 機(jī)器人離線加工程序仿真運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證及加工實(shí)驗(yàn)58-68
• 5.1 VERICUT仿真加工軟件簡要介紹58-59
• 5.2 整體螺旋槳加工機(jī)器人拋磨系統(tǒng)建立59
• 5.3 機(jī)器人拋磨加工仿真驗(yàn)證59-63
• 5.4 機(jī)器人實(shí)際拋磨加工實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)63-66
• 5.4.1 機(jī)器人拋磨加工正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)63-64
• 5.4.2 機(jī)器人拋磨加工路徑優(yōu)化64
• 5.4.3 拋磨加工后螺旋槳表面效果64-66
• 5.5 本章小結(jié)66-68
• 第六章 全文總結(jié)與展望68-70
• 6.1 全文總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 致謝70-72
• 參考文獻(xiàn)72-74
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果74

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