基于6-DOF工业机器人的叶轮流道高效研磨技术研究

发布时间：2020-10-28 07:49

　　 叶轮作为航空动力的核心零部件,其表面加工质量极大影响着发动机组的工作性能。目前整体叶轮普遍采用五轴数控铣削加工,而叶轮铣削后残留一定的刀痕,特别是侧铣削叶轮的流道其刀痕十分明显。因结构复杂,叶轮流道低效的人工研磨难以保证流道面与设计流道面完全吻合,从而影响叶轮的气动性能,因此,如何实现叶轮流道面高效研磨,其相关技术一直是叶轮流道研磨加工技术的重要瓶颈问题。为此,本文提出基于6-DOF工业机器人的叶轮流道高效研磨技术的研究,通过综合运用机器人技术、加工仿真技术、研磨工艺技术、研磨实验及数据处理技术,具体探究6-DOF工业机器人的运动学理论、叶轮流道研磨轨迹规划与机器人位姿转换后置处理技术、机器人研磨加工仿真技术及研磨工艺参数优化与决策技术,具体研究工作如下:(1)6-DOF工业机器人运动学分析。基于齐次变换理论、标准D-H法建立了机器人正、逆运动学数学解析式,利用分离变量法求解逆向运动学,基于“最短路程”优化求解结果,利用蒙特卡罗方法求解机器人研磨工作空间。(2)6-DOF工业机器人研磨轨迹规划与加工仿真。基于UG软件的可变轮廓铣削刀轨规划方法设计叶轮流道研磨轨迹;在对叶轮流道数控加工指令分析的基础上,建立了叶轮流道研磨头位置数据向机器人研磨位姿的后置处理转换算法;利用MATLAB编写机器人后置处理器,仿真校验机器人研磨轨迹,再基于Adams运动学仿真进行环境下叶轮流道机器人研磨加工过程。(3)6-DOF工业机器人研磨工艺分析及工艺参数优化。分析流道研磨的工艺特征,制定了采用羊毛研磨头的研磨方案;开展机器人研磨的单因素和正交实验,结合方差分析,分析工艺参数对研磨工件表面粗糙度的影响程度,利用多元线性回归方法,建立了羊毛头研磨的工件表面粗糙度预测经验模型,并通过灰关联决策理论对研磨工艺参数进行优化。综上,本论文的研究为建立基于6-DOF工业机器人的叶轮流道高效研磨工艺提供了技术支撑和参考。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V263
【部分图文】：

大力发展航空制造业，使其成为中国国力和战略力量的强劲推动力。叶轮作为航??空发动机重要的能量转换核心零部件，其表面质量的好坏直接影响叶轮的功能特??性、效率转换和表面摩擦性能［２］，如图１．１所示。表面质量不合格的叶轮在高温??高压的工作环境下极易产生疲劳失效、裂损和绷断Ｍ，是严重威胁航空飞行人员??生命安全和造成国家重大经济损失的隐患。??理论与实践证明，叶轮表面质量的好坏对发动机推重比、压气效率、热导率??和持续高效稳定运转具有重要的影响［５］，目前叶轮的加工方式有整体铸造成型、??电火花、电腐蚀和数控铣削等［６］。??２２?ｊ?＇?ｊ??丨。粗，处逞叶轮?？ｘ?．??Ｉ?ｕ?｜??ｉｓ计雖？?＿?＾??，１?聲?ｙ?ｆ＊＾??ｉ〇?，２?ｕ?；１Ｓ（＇；ｇ／ｓ）?１８??图１．１吸入流量随Ｒａ的变化曲线１４１?图１．２数控铣削整体叶轮??整体铸造成型成本低、效率高和可实现大批量生产，但整体铸造的叶轮内部??易产生沙眼、气孔等结构缺陷。??电火花和电腐蚀加工对于各种难加工材料

当机器人坐标系固定后，机器人工作空间内任意一点Ｐ在机器人坐标系中的??位置都可以用一个３ｘ１的位置向量４，，＝［尸、＆?来描述，其中／＼．、Ｐ，、八??分别是空间点Ｐ在ｘ、ｙ、ｚ轴上的位置分量，机器人的位置描述如图２．１所示。??ｚ＊个??Ｉ、、、、??Ｘ??Ｉ?＾??—?Ｉ、』，??图２．１机器人的位置描述坐标系??９??

其姿态用ＸＢ轴的单位法向矢量ｎ、ＹＢ轴的单位姿态矢量〇和ＺＢ轴的单位??接近矢量ｆｌ三个轴的单位向量相对于机器人基坐标系｛Ａ｝的方向余弦组成的３Ｘ３??矩阵来具体描述，机器人的姿态描述如图２．２所示。??／?｛Ｂ｝??／??ｙ??ｚＡ个?／??／?ＡＰｂ??ｉ?，??／??｛Ａ｝?／??１?／??ｙ??／?ＹＡ、??图２．２机器人的姿态描述坐标系??其旋转矩阵表示方式为：??ｒ＾ｎ?ｒｎ??＃＝?＼Ｂ」＝？ｒ２２?ｒ２３?（２－１）??ｒ３２?？＿??；＾中的３个单位主向量在空间中为相互垂直，故需满足以下６个条件，艮Ｐ：??％’丨＿＞ｖ．、＝?＇?＿．、＝０?（）??２．?２．?３机器人位姿描述??当空间一点在机器人工作空间内的位置和姿态确定后，我们就可以用位置向??量和旋转向量，；＾来综合描述该点的位姿，即：??｛Ｂ｝?＝?｛ＡｂＲＡＰｂ｝?（２－３）??１０??
【参考文献】

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本文编号：2859805