基于工业机器人的非球面工件打磨技术研究

发布时间：2017-06-19 15:19

  本文关键词：基于工业机器人的非球面工件打磨技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的高速发展,非球面元件的应用范围越来越广。现阶段非球面模具零件的表面加工主要依靠人工打磨,其加工效率较低,加工后表面精度不高,产品质量一致性无法保证,并且打磨粉尘对工人身体健康危害极大。打磨机床虽然可以克服上述缺点,但是由于其运动空间的限制并没有得到很好的普及。如今,运动范围更广,自动化程度更高的工业机器人开始涉及各个领域,机器人打磨技术逐渐成为一种高效的自动化打磨手段,可以有效地完成多种形式的打磨要求。为了获得高效率的打磨方法和高质量的打磨效果,本文以FANUC LR Mate 200iD型工业机器人为基础,搭建了一套可用于非球面等异型面零件的打磨试验平台。对机器人运动学,打磨斑均匀性优化方法和机器人打磨轨迹规划做了深入的研究。首先,根据非球面工件在机床打磨中的进给速度、工具转速、进刀量等加工要求,利用工业机器人运动空间大、控制灵活等工作特点,搭建了一套机器人非球面打磨系统试验平台。利用PLC控制器完成打磨头控制系统与机器人之间的通讯,对非球面工件不同曲率处打磨工具的转速实现精准控制。其次,详细探讨了工件上毛刺刻痕等缺陷的去除过程;结合Preston方程建立非球面打磨运动模型,对打磨区域上打磨点的速度进行了计算,通过仿真深入分析了打磨区域内打磨点的速度分布情况,为后续打磨工艺参数的设计提供依据。利用数控铣床进行了不同打磨工具和不同打磨参数的单轨迹磨削试验,通过比较分析工件的表面质量,确定打磨过程中的关键工艺参数。然后,结合机器人运动学理论,以FANUC LR Mate 200iD型号机器人为对象进行了运动学计算,对打磨中涉及到的机器人工具位姿变换问题进行了全面的研究,并着重分析了单条打磨轨迹上相邻目标点处工具坐标的位姿变换。通过分析不同打磨轨迹形式工具坐标位姿变换的特点,提出了适用于旋转非球面工件的母线打磨轨迹方法。利用ROBOTGUIDE仿真软件建立非球面打磨虚拟工作站,进行打磨路径的模拟仿真。最后,根据工件曲率的变化规律调整工具的下压量来确保工件不同位置打磨斑面积的均匀性,得到了工具下压量的调整方案。结合关键打磨工艺参数和打磨斑均匀性优化方法编写机器人打磨加工程序。试验后对比不同打磨条件下非球面工件的表面粗糙度,分析产生差异的主要原因,验证打磨轨迹和打磨斑均匀性优化方法的可行性。
【关键词】：工业机器人 非球面 轨迹规划 打磨斑 下压量
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• abstract6-15
• 符号说明15-17
• 第一章 绪论17-23
• 1.1 课题研究背景及意义17-18
• 1.2 机器人打磨技术及国内外发展现状18-21
• 1.3 本文研究内容21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第二章 六自由度工业机器人打磨系统硬件及其控制23-33
• 2.1 打磨工业机器人系统23-24
• 2.2 非球面工件打磨头模块设计24-27
• 2.2.1 打磨驱动伺服电机24-26
• 2.2.2 打磨头结构校核26-27
• 2.2.3 打磨工具27
• 2.3 PLC总机控制打磨系统27-32
• 2.3.1 PLC控制系统28-29
• 2.3.2 STEP7控制软件29-30
• 2.3.3 打磨系统控制方法30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 非球面工件打磨模型分析和打磨工艺参数设计33-51
• 3.1 工件磨削加工中毛刺去除过程33-34
• 3.2 非球面工件机器人打磨运动学模型34-41
• 3.2.1 单轨迹打磨材料去除率34-36
• 3.2.2 打磨工具上打磨点的速度分布36-38
• 3.2.3 非球面打磨运动学建模38-40
• 3.2.4 打磨运动速度仿真40-41
• 3.3 关键磨削参数的确定41-48
• 3.3.1 不同材料铣削试验41-44
• 3.3.2 不同打磨工具打磨试验44-47
• 3.3.3 机器人打磨工艺参数正交试验47-48
• 3.4 本章小结48-51
• 第四章 机器人打磨运动学计算及轨迹规划51-73
• 4.1 机器人打磨运动学模型51-59
• 4.1.1 机器人打磨运动学方程51-54
• 4.1.2 打磨轨迹相邻目标点间的位姿变换54-55
• 4.1.3 机器人打磨逆向运动学的求解55-58
• 4.1.4 机器人打磨正向运动学验证58-59
• 4.2 非球面打磨工具接触点轨迹59-62
• 4.2.1 行切法路径59-60
• 4.2.2 环切法路径60-61
• 4.2.3 旋转非球面母线打磨路径61-62
• 4.3 非球面打磨斑面积均匀性优化62-71
• 4.3.1 非球面打磨运动模型的建立62-63
• 4.3.2 打磨斑面积的计算63-66
• 4.3.3 打磨斑面积归一化调整方法66-68
• 4.3.4 有限元仿真验证68-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 机器人非球面打磨运动仿真及试验73-85
• 5.1 试验目的及条件73-74
• 5.2 机器人非球面打磨试验路径仿真74-78
• 5.2.1 模拟仿真平台的搭建74-76
• 5.2.2 仿真路径规划76
• 5.2.3 机器人打磨运动程序76-78
• 5.3 非球面工件打磨试验及结果分析78-82
• 5.3.1 打磨系统的设置78-79
• 5.3.2 打磨斑均匀性试验及结果分析79-80
• 5.3.3 母线轨迹打磨试验及结果分析80-82
• 5.4 本章小结82-85
• 第六章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-93
• 研究成果及发表学术论文93-95
• 作者和导师简介95-96
• 附件96-97

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张孟伟,陈洪斌;大口径高次非球面高精度面形检测方法探讨[J];光电工程;1999年S1期

2 齐涤非 ,王权陡;检测非球面的精度和灵活性的分析[J];光机电信息;1999年06期

3 朱敏;石永山;李程华;张欣;;小口径非球面检测的方法[J];光电技术应用;2006年01期

4 肖孟超;姜耀亮;檀慧明;钱龙生;;激光标线器非球面柱透镜设计[J];红外与激光工程;2007年04期

5 马天一;;凸非球面零件检验法[J];红外与激光技术;1988年04期

6 王玮;;计算机生成全息图在非球面检测中的应用[J];光学工程;1989年02期

7 刘东;杨甬英;田超;卓永模;;用于非球面通用化检测的部分零位透镜[J];红外与激光工程;2009年02期

8 耿安兵;王彬;;基于轮廓仪测量数据的非球面方程反演技术[J];激光与光电子学进展;2011年04期

9 龚琰民;;红外系统中用非球面元件改进性能和降低成本[J];红外与激光技术;1980年04期

10 郎治国;谭久彬;;大口径非球面的超精密回转扫描测量技术研究[J];光电子.激光;2010年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄亚;马云;沈华;朱日宏;;基于计算全息元件的非球面测量方法[A];第十三届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2010年

2 刘东;杨甬英;田超;翁俊淼;卓永模;;可用于非球面通用化检测的部分零位透镜及系统[A];第十二届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2008年

3 王平;齐月静;刘yN;杨辉;赵罘;;提高非球面检测精度的途径[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集（下册）[C];2006年

4 张海涛;;用补偿器检测非球面时非球面顶点球曲率半径的求取方法[A];第十四届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2012年

5 张宝安;潘君骅;;透射凸二次非球面的检验方法的研究[A];第九届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2001年

6 张峰;范镝;李锐刚;郑立功;高劲松;张学军;;非球面碳化硅反射镜的加工与测试[A];第十二届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2008年

7 黄浩;郭隐彪;谢仁宁;;高精度非球面制造系统控制软件的设计[A];福建省科协第三届学术年会装备制造业专题学术年会论文集[C];2003年

8 马云;朱日宏;高志山;马骏;何勇;;消除计算全息检测非球面鬼像的一种方法[A];第十二届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2008年

9 常军;翁志成;张新;姜会林;丛小杰;;大口径凸非球面零件检测的新思路[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

10 韩昌元;;非球面三反射镜系统的干涉检验与计算机辅助装调[A];第十一届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 本报记者 屈明光 李倩;非球面光学技术 冰点下的新对峙[N];经济参考报;2002年

2 于树森 董娟;云南建成光电非球面物镜生产线[N];中国电子报;2001年

3 武汉艾格眼科医院 刘保松;非球面人工晶体植入效果更好[N];健康报;2009年

4 洋洋;镜头指标[N];卫生与生活报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 李龙响;大口径非球面磁流变加工的关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年

2 乔玉晶;非球面拼接测量中偏置误差作用机理与拼接方法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 耿振野;高次非球面加工检测与控制技术的研究[D];长春理工大学;2013年

4 史永杰;基于磁流变力矩伺服的非球面数控研抛力—位—姿解耦技术研究[D];吉林大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 季勇华;高精度大相对孔径光学非球面检测研究[D];苏州大学;2015年

2 姜楠;非球面光学零件加工过程仿真设计[D];长春理工大学;2014年

3 马兆凯;大口径非球面SiC反射镜磨削工艺优化[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 曹聪;基于工业机器人的非球面工件打磨技术研究[D];北京化工大学;2016年

5 李向荣;非球面检测仪的研制[D];长春理工大学;2002年

6 景敏娟;非球面波长扫描干涉测试方法的研究[D];长春理工大学;2002年

7 张建波;非球面数字化柔顺精密研抛技术研究[D];宁波大学;2009年

8 王守利;非球面波长扫描干涉测试方法的研究[D];长春理工大学;2003年

9 焦长君;基于椭圆路径的高陡度非球面成型方法原理研究[D];国防科学技术大学;2004年

10 倪颖;小型非球面轮廓测量仪的原理和应用[D];苏州大学;2003年

  本文关键词：基于工业机器人的非球面工件打磨技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：462955