工業(yè)機(jī)器人具有自動(dòng)化程度高、安全性能高且能夠適應(yīng)惡劣作業(yè)條件和小批量定制化生產(chǎn)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),成為我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一。但由于工業(yè)機(jī)器人的多連桿串聯(lián)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其剛度較弱,在銑削加工中容易引起顫振,嚴(yán)重影響加工效率和穩(wěn)定性。本文在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究基礎(chǔ)上,結(jié)合銑削力和工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型,采用MATLAB/Simulink對(duì)機(jī)器人銑削加工過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,分析了不同姿態(tài)下工業(yè)機(jī)器人的振動(dòng)特性,繪制了隨姿態(tài)變化的銑削加工穩(wěn)定性預(yù)測(cè)圖,并在此基礎(chǔ)上提出了工業(yè)機(jī)器人銑削加工姿態(tài)優(yōu)化策略,提高加工穩(wěn)定性。首先,本文采用修正D-H法建立了KUKA KR60-3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,推導(dǎo)了雅克比矩陣的解析式,介紹了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法;建立了瞬時(shí)銑削力模型,采用正交實(shí)驗(yàn)得到了銑削力系數(shù)的預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行了驗(yàn)證;推導(dǎo)了工業(yè)機(jī)器人的傳統(tǒng)靜剛度模型,通過(guò)加載實(shí)驗(yàn)得到了工業(yè)機(jī)器人末端外載荷與變形的關(guān)系,利用最小二乘法辨識(shí)了關(guān)節(jié)剛度值。然后,采用Lagrange法推導(dǎo)了工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)微分方程,考慮瞬時(shí)銑削力和關(guān)節(jié)阻尼的影響建立了工業(yè)機(jī)器人銑削動(dòng)力學(xué)模型,基于MATLAB/Simulink平臺(tái)編寫(xiě)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

工業(yè)機(jī)器人在加工制造中的應(yīng)用

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2影響機(jī)械加工最為重要的缺點(diǎn)是剛度低（通常為105~106N/m，數(shù)控機(jī)床一般約為108N/m）[1][2]。在如銑削、鏜削和鉆削等加工過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人比傳統(tǒng)機(jī)床更容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而降低加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]，嚴(yán)重影響工業(yè)機(jī)器人加工質(zhì)量和加工效率，甚至?xí)绊憴C(jī)器人、電主軸和刀具的使用壽命（如圖1.3所示）。有研究表明，工業(yè)機(jī)器人在銑削硬質(zhì)鋁合金過(guò)程中，機(jī)器人在某個(gè)位姿，當(dāng)?shù)毒叩妮S向切深超過(guò)2mm時(shí)，刀具就會(huì)發(fā)生非常明顯的銑削顫振，嚴(yán)重?fù)p壞工件表面[4]。圖1.2工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)圖1.3加工顫振的危害一般的機(jī)械振動(dòng)主要分為兩種類(lèi)型：受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)[5]。在機(jī)器人加工過(guò)程中，影響加工不穩(wěn)定性的振動(dòng)形式主要為自激振動(dòng)，也就是顫振，其主要分為兩種類(lèi)型：再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振[6]（如圖1.4所示）。再生型顫振是一種典型受到外部周期變化的切削力作用而產(chǎn)生振動(dòng)的一種自激振動(dòng)，刀具在前一次加工路徑上留下的波紋面上加工，受到碰撞力的作用吸收能量，從而產(chǎn)生振動(dòng)；模態(tài)耦合型顫振[7]是指由于工業(yè)機(jī)器人末端刀具在兩個(gè)方向上的結(jié)構(gòu)剛度相近，即在進(jìn)給和切削兩個(gè)方向上的固有振型相接近（耦合），而引起的顫振，刀尖在顫振時(shí)的軌跡是一條封閉的空間曲線[8]。圖1.4再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振目前，工業(yè)機(jī)器人加工顫振問(wèn)題是學(xué)術(shù)界和企業(yè)界都比較關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。由

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2影響機(jī)械加工最為重要的缺點(diǎn)是剛度低（通常為105~106N/m，數(shù)控機(jī)床一般約為108N/m）[1][2]。在如銑削、鏜削和鉆削等加工過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人比傳統(tǒng)機(jī)床更容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而降低加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]，嚴(yán)重影響工業(yè)機(jī)器人加工質(zhì)量和加工效率，甚至?xí)绊憴C(jī)器人、電主軸和刀具的使用壽命（如圖1.3所示）。有研究表明，工業(yè)機(jī)器人在銑削硬質(zhì)鋁合金過(guò)程中，機(jī)器人在某個(gè)位姿，當(dāng)?shù)毒叩妮S向切深超過(guò)2mm時(shí)，刀具就會(huì)發(fā)生非常明顯的銑削顫振，嚴(yán)重?fù)p壞工件表面[4]。圖1.2工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)圖1.3加工顫振的危害一般的機(jī)械振動(dòng)主要分為兩種類(lèi)型：受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)[5]。在機(jī)器人加工過(guò)程中，影響加工不穩(wěn)定性的振動(dòng)形式主要為自激振動(dòng)，也就是顫振，其主要分為兩種類(lèi)型：再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振[6]（如圖1.4所示）。再生型顫振是一種典型受到外部周期變化的切削力作用而產(chǎn)生振動(dòng)的一種自激振動(dòng)，刀具在前一次加工路徑上留下的波紋面上加工，受到碰撞力的作用吸收能量，從而產(chǎn)生振動(dòng)；模態(tài)耦合型顫振[7]是指由于工業(yè)機(jī)器人末端刀具在兩個(gè)方向上的結(jié)構(gòu)剛度相近，即在進(jìn)給和切削兩個(gè)方向上的固有振型相接近（耦合），而引起的顫振，刀尖在顫振時(shí)的軌跡是一條封閉的空間曲線[8]。圖1.4再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振目前，工業(yè)機(jī)器人加工顫振問(wèn)題是學(xué)術(shù)界和企業(yè)界都比較關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。由

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]立式加工中心切削過(guò)程中顫振對(duì)加工精度的影響[D]. 王田.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 2019
[2]基于銑削力建模的加工參數(shù)優(yōu)化方法研究[D]. 魏俊立.華中科技大學(xué) 2019
[3]基于殘差卷積網(wǎng)和支持向量機(jī)的機(jī)器人銑削顫振辨識(shí)研究[D]. 張明鍇.華中科技大學(xué) 2019
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[5]銑削加工顫振穩(wěn)定性分析理論的數(shù)學(xué)方法研究[D]. 楊丹.黑龍江科技大學(xué) 2018
[6]不同姿態(tài)下的銑削穩(wěn)定性及銑削參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 馬忠鶴.電子科技大學(xué) 2018
[7]機(jī)器人銑削加工顫振穩(wěn)定性分析與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李彪.上海大學(xué) 2017
[8]制孔機(jī)器人在鉆削力作用下變形與振動(dòng)的研究[D]. 沈孝棟.南京航空航天大學(xué) 2015
[9]鉆鉚機(jī)械手鉆孔過(guò)程的剛度分析[D]. 朱健.南京航空航天大學(xué) 2013
[10]基于切削圖形的動(dòng)態(tài)銑削力建模[D]. 楊中寶.天津理工大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3429111