基于工业机器人的铝合金管接头铸件去毛刺系统的研制

发布时间：2017-03-22 19:16

  本文关键词：基于工业机器人的铝合金管接头铸件去毛刺系统的研制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着时代的发展和科技的进步,人力资源成本越来越高,机器人代替人工参与工业生产的各个环节已经成为未来的发展趋势,在工厂中使用工业机器人柔性加工技术也成为了现代工厂的标志之一。这不仅可以提高加工处理的效率,更重要的是可以改善操作环境；降低工人危险,提高加工质量。本文以研究开发铝合金管接头铸件的自动去毛刺系统为目标,详细介绍了以工业机器人为中心,开发专用的周边设备配合组成铝合金管接头铸件去毛刺系统。首先根据工厂中铝合金管接头铸件的产品特点和加工经验,确定了以工业机器人为中心并配合以自主设计开发的二维锯床平台和气动辅助处理单元等设备的自动去毛刺系统总体方案,然后在设计过程中应用虚拟装配技术,建立三维模型,进行虚拟装配,并进行各机构之间的协调运动分析,分析理想工作节拍,通过工业机器人与气动辅助处理单元的协调控制完成磨削力控制以保证加工质量,在MTALAB中进行仿真。最后进行工业机器人和周边辅助处理单元的联合调试,完成样机试制,并利用样机进行产品加工,根据加工结果分析理想的加工处理参数。论文第一章,对工业机器人的应用现状和发展方向进行了阐述,分析了工业机器人的应用前景。随后介绍了铝合金铸件清理技术的发展现状,以及工业机器人在铝合金铸件清理中的应用情况。在此基础之上提出了本课题的主要研究和设计内容。论文第二章,根据铝合金管接头铸件去毛刺的过程,设计了以工业机器人为中心,辅以二维锯床平台和气动辅助处理单元的去毛刺系统。针对这套系统的特点和设计要求,对工业机器人的进行选型；分析毛刺前的浇冒口切除过程,确定了二维锯床平台的设计方案,完成伺服驱动系统的计算和选型；利用气动系统的缓冲性能和力控制功能,提出了气缸推动气动砂轮的气动去毛刺辅助处理单元的结构方案,并进行原件选型和附加零件设计。最后利用Solidworks建立三维模型完成虚拟装配。论文第三章,首先采用Solidworks和MATLAB/Simulink进行三维虚拟装配,建立机器人的运动学仿真平台,并在建立的平台上进行工业机器人的运动学规划和仿真；然后对电机驱动滚珠丝杆的锯床进给驱动模块进行分析,采用PI[)控制对电机进行三环整定,并对不同参数的整定效果在MATLAB/Simulink中进行仿真分析：接着对气动砂轮辅助机构进行压力控制的分析,采用PWM控制高速开关阀进而控制系统输出压力,建立仿真模型；最后对工业机器人去毛刺系统进行生产情况分析和生产节拍分析,在MATLAB/Simulink中建立系统的整体仿真模型,输出所需要的机器人和周边设备的速度、角速度曲线,观察机器人和周边设备的协调运动情况；提取仿真数据,进行运动节拍分析,为寻找最优工作节拍,提高工作效率提供基础。论文第四章,在选择合适的工业机器人及其控制器基础之后,对周边辅助设备控制系统进行了硬件部分的选型设计和外围电路的常规设计,其中包括各种传感器和PLC的选型,二维锯床平台、气动辅助去毛刺系统等周边设备的设计,以及各控制器、传感器、PLC之间的接口设计。在选定的硬件基础之上,建立控制框架。设计了利用工业机器人完成切除浇冒口和去毛刺工作的系统控制程序流程,基于此流程设计了控制系统的相关软件模块,并编写PLC程序和机器人控制器程序；最后利用所搭建的样机进行了铝合金管接头铸件毛坯的处理实验,设置不同的处理条件,得到了不同的处理结果,利用该结果分析了影响工业机器人去毛刺的效果和效率的影响因素。
【关键词】：工业机器人 铝合金铸件 去毛刺 建模仿真 协调控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 工业机器人的应用概述12-15
• 1.1.1 工业机器人在国外的应用现状12-13
• 1.1.2 工业机器人在国内的应用现状13-14
• 1.1.3 工业机器人的应用前景14-15
• 1.2 课题研究背景15-19
• 1.2.1 铝合金铸件清理技术的发展现状15-16
• 1.2.2 工业机器人在铝合金铸件清理中的发展与应用16-19
• 1.3 课题研究内容及意义19-21
• 第2章 去毛刺系统结构方案设计21-40
• 2.1 工业机器人去毛刺系统概述22-23
• 2.2 系统结构分析与设计23-27
• 2.2.1 机器人结构分析与选择24-25
• 2.2.2 浇冒口去除平台的分析与选择25-26
• 2.2.3 气动去毛刺辅助单元的分析与选择26
• 2.2.4 驱动方案的分析与选择26-27
• 2.3 系统结构方案的实现与计算27-36
• 2.3.1 工业机器人的选型27-28
• 2.3.2 二维锯床平台的计算与选型28-31
• 2.3.3 气动辅助去毛刺单元31-36
• 2.4 三维模型的虚拟装配和加工零件图绘制36-38
• 2.5 本章小结38-40
• 第3章 去毛刺控制系统建模与仿真40-81
• 3.1 机器人控制系统建模与仿真40-53
• 3.1.1 去毛刺机器人运动学分析40-48
• 3.1.2 工业机器人仿真模型建立48-51
• 3.1.3 工业机器人运动仿真结果51-53
• 3.2 二维锯床控制系统建模与仿真53-63
• 3.2.1 永磁同步电机数学模型53-56
• 3.2.2 电机三环整定56-59
• 3.2.3 机械系统参量和负载折算59-60
• 3.2.4 伺服系统三环整定计算与仿真60-63
• 3.3 气动砂轮控制系统建模与仿真63-72
• 3.3.1 气动砂轮磨削力控制方案63-65
• 3.3.2 系统数学模型65-68
• 3.3.3 气动脉宽调制系统68
• 3.3.4 控制算法68-70
• 3.3.5 压力控制系统的仿真70-72
• 3.4 整机系统协调控制与仿真72-80
• 3.4.1 协调控制策略72-73
• 3.4.2 整机系统建模73-77
• 3.4.3 去毛刺系统协调生产情况分析77-80
• 3.5 本章小结80-81
• 第4章 工业机器人去毛刺系统样机试制与实验81-100
• 4.1 工业机器人去毛刺系统的控制系统组成81-82
• 4.2 控制系统的硬件构成与选型82-86
• 4.2.1 PLC概述与选型82-83
• 4.2.2 PLC控制系统的构成83-86
• 4.3 控制系统的软件设计86-93
• 4.3.1 配方管理模块88-89
• 4.3.2 示教功能模块89-90
• 4.3.3 运行功能模块90-91
• 4.3.4 去毛系统程序介绍91-93
• 4.4 去毛刺试验93-99
• 4.4.1 去毛刺效果分析96-99
• 4.4.2 去毛刺效率分析99
• 4.5 本章小结99-100
• 第5章 总结与展望100-102
• 5.1 论文总结100-101
• 5.2 工作展望101-102
• 参考文献102-105
• 作者简介105

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本文编号：262057