整体螺旋桨型面机器人砂带抛磨方法及软件开发

发布时间：2017-04-30 03:07

  本文关键词：整体螺旋桨型面机器人砂带抛磨方法及软件开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复杂曲面类零件主要是指包括汽轮机叶片、航空发动机叶片、螺旋桨等在内的零件,一般将磨削抛光作为其终加工手段。早在90年代,类似零件表面抛磨加工精度完全依赖于工人手工作业的熟练程度,其表面质量通常难以管控。随着国内科技与经济的快速更新迭代,数控加工逐渐取代手工作业,复杂曲面类零件的制造精度与效率均得到了不同程度上的提升。但由于高端专用数控砂带磨床首次巨额投资、占地面积大、柔性低等短板的存在,因此其无法适应单件小批量生产。为补足这一短板,本文以船用整体螺旋桨为研究对象,运用机器人辅以轻量化抛磨工具对螺旋桨表面进行抛光打磨实验。机器人恰巧具备专用数控砂带磨床所缺失的层面,用机器人加工复杂曲面类零件势必会成为未来的发展方向。本文围绕机器人走刀路线、轻量化抛磨工具选择、机器人运动学求解方法、机器人加工过程工艺参数优化、机器人离线加工程序编制等系列主要难题展开研究工作。研究成果俨然能够为以后将机器人运用于复杂曲面类零件加工领域提供重要的指导依据。本文主要革新点与研究工作如下:1.依据待加工工件轮廓形状特点,建立了适应于该工件体征的机器人抛磨系统,在此基础上确定了机器人型号及其末端抛磨工具,并作相应可行性分析。为验证实际加工实验机器人作业过程中关节动作的正确与否,依据实际机器人与工件尺寸按1:1比例在UG8.0平台下建立相应3维几何模型以作仿真运动分析。2.规划了一种适应于螺旋桨型面特征的机器人加工轨迹线,针对难加工部位诸如叶根圆角、相邻叶片交叠区域等,等参数法、等距偏置法、等残留高度法、投影法等经典刀具轨迹规划方法已不能完全应对。为此,提出了二次逆向重构曲面RRRS(Repeat the Reverse Reconstruction Surface)并将等距分割出来的加工轨迹线投影至原型面的改进加工轨迹线规划方法,以上一步研究工作为基础,等距离散加工轨迹线提取出机器人加工过程中的刀触点。3.对机器人抛磨系统进行分析,结合笛卡尔空间坐标变换的方法对系统进行了逆向求解,得到了机器人作业过程中的理想位姿,并且利用双矢量控制技术(曲面刀触点处的法向矢量与切向矢量)控制抛磨工具姿态。考虑到接触轮宽度、弹性模量、砂带厚度等诸多因素优化了带宽计算公式,较高程度上提高了机器人抛磨加工效率。4.基于Open CASCADE(OCC)开放软件平台整合机器人关节运动求解算法开发了机器人离线加工程序生成专用软件,生成单个程序的平均时间为2-3S。从根本上解决了技术人员手工输入程序的难度,生成机器人离线加工程序的同时在VERICUT软件上进行了仿真切削加工以验证加工程序的正确性与合理性,针对仿真加工过程中的干涉碰撞现象,动态调整了刀触点处的切向矢量,较高程度上拓宽了机器人的可达作业区域。5.分析了机器人作业过程中对工件表面质量敏感度较高的工艺参数,结合实际经验加工参数,运用正交实验法将各工艺参数进行了合理搭配,最终抛磨加工效果验证了机器人加工整体螺旋桨的可行性与可靠性。
【关键词】：整体螺旋桨 抛磨加工 砂带抛磨 Open CASCADE 机器人抛磨
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6;TP242
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题的研究背景与意义10-12
• 1.3 国内外研究现状和发展趋势12-17
• 1.3.1 整体螺旋桨表面抛磨加工研究现状12-14
• 1.3.2 机器人在抛磨加工领域的研究现状14-16
• 1.3.3 存在的主要问题与主要解决方案16-17
• 1.4 研究内容17-18
• 1.5 研究方法与技术路线18-20
• 1.5.1 研究方法18
• 1.5.2 技术路线18-20
• 第二章 机器人抛磨硬件系统总体方案构建20-28
• 2.1 机器人抛磨系统可行性研究20-23
• 2.1.1 机器人砂带抛磨方式20
• 2.1.2 机器人抛磨主系统研究20-23
• 2.2 浮动压力磨头技术23-24
• 2.3 机器人抛磨硬件系统构建24-25
• 2.3.1 抛磨系统所需要达到的规定指标24
• 2.3.2 抛磨机器人所需要达到的基本功能24-25
• 2.3.3 机器人抛磨系统方案设计25
• 2.4 本章小结25-28
• 第三章 机器人运动控制方法研究28-50
• 3.1 机器人抛磨轨迹规划28-33
• 3.1.1 桨叶型面刀具轨迹规划28-31
• 3.1.2 清根加工刀具轨迹规划31
• 3.1.3 圆角型面的逆向工程31-33
• 3.2 抛磨工具走刀步长及带宽计算33-37
• 3.2.1 抛磨工具走刀步长计算33-34
• 3.2.2 抛磨工具走刀带宽计算34-37
• 3.3 机器人动态调整干涉方法37-41
• 3.4 机器人运动学反解41-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 机器人离线抛磨加工程序专用软件开发50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 机器人加工程序生成软件开发平台50-51
• 4.3 机器人离线加工程序生成软件关键算法实现51-57
• 4.3.1 三维几何模型读入模块52-53
• 4.3.2 螺旋桨叶片型面加工模块53-54
• 4.3.3 螺旋桨叶根圆角型面加工模块54-56
• 4.3.4 工件型面坐标变换模块56
• 4.3.5 抛磨加工轨迹生成模块56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 机器人离线加工程序仿真运动验证及加工实验58-68
• 5.1 VERICUT仿真加工软件简要介绍58-59
• 5.2 整体螺旋桨加工机器人抛磨系统建立59
• 5.3 机器人抛磨加工仿真验证59-63
• 5.4 机器人实际抛磨加工实验设计63-66
• 5.4.1 机器人抛磨加工正交实验设计63-64
• 5.4.2 机器人抛磨加工路径优化64
• 5.4.3 抛磨加工后螺旋桨表面效果64-66
• 5.5 本章小结66-68
• 第六章 全文总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-74
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果74

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本文编号：336113