面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究

针对机器人砂带磨抛复杂曲面叶片问题,对叶片内外型面和进排气边的磨抛路径规划及后处理技术进行了研究,对复杂曲面叶片的机器人砂带磨抛路径规划的计算效率及加工效率进行了分析,提出了一种将基于等残留高度法的笛卡尔空间计算的磨抛行距转化为参数域空间的磨抛行距的方法,并将机器人砂带磨抛复杂曲面叶片接触轮的中心坐标位置、支撑轴矢量以及轴线矢量数据后处理为机器人的位姿信息,利用机器人砂带磨抛系统装备实验平台对复杂曲面叶片进行了实际的加工实验。研究结果表明:所提出的刀路规划和后处理技术能够有效地解决机器人砂带磨抛复杂曲面叶片的问题,具有加工路径总长短以及路径条数少的特点,计算简单、加工效率高、加工表面质量好。     

机器人柔性砂带磨削加工力控制研究与应用

为了实现柔性加工复杂曲面工件,设计了一种机器人柔性砂带磨削力控制系统。该系统不仅可以兼顾灵活变换机器人的位姿,而且又根据砂带磨抛机加工效率高的特点,比传统磨床更具柔性,更能适应加工复杂曲面工件。磨抛机既能使砂带柔性张紧和快速地调偏,还能实现被动力控制。机器人末端通过安装的六维力传感器,实现机器人的主动力控制。将这两种力控制技术有效结合起来,组成了机器人柔性砂带磨削力控制系统,能够更好地实现磨削过程中的磨削力控制。最后,该机器人柔性磨削力控制系统对钛合金试块和航空复杂曲面叶片进行加工实验,结果都表明工件的表面加工一致性好,而且其表面质量完全满足加工工艺要求,证明了该机器人柔性砂带磨削加工力控制系统的实用性和有效性。     

叶片机器人砂带磨抛的轨迹规划研究

为了提高叶片磨削的加工质量和效率,将机器人和砂带磨削技术相结合,并应用到叶片加工领域中,介绍了该系统的特点和工作流程。比较了多种加工轨迹生成技术,确定采用等弦高误差法和等残留高度法,作为机器人磨削加工中步长和行距的计算方法。针对上述两种方法在叶片加工中存在的缺陷,对其做出了相应的改进;为了对改进后的算法进行评价,进行了手工磨抛和机器人磨抛两种加工方式的对比试验。研究结果表明,在粗糙度和表面一致性方面机器人加工明显优于手工加工,试验验证了机器人加工的可靠性和算法的有效性。     

砂带开式抛磨方法及应用

对于工业上使用的有些大型辊面,如：精密轧辊、电解铜箔阴极辊及长轴辊面,表面粗糙度低乃至镜面：表面质量要求高、无振纹、无烧伤、均匀一致。采用砂轮磨削很难达到要求,使用砂带循环抛磨时由于磨料的脱落。破碎亦很难保证辊面均匀一致无色差,采用砂带开式抛磨方法很容易做到。 一、砂带开式抛磨原理 所谓砂带开抛磨是指砂带精整加工工件表面时,卷状砂带缓慢放卷,另一端单独收卷,砂带始终以新的表面源源不断地接触到旋转的工件表面。砂带速度缓慢、匀速,抛磨后不再重复使用,如图１（ａ）所示： 卷状砂带由气缸控制的磨擦离合器实…     

4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究

砂带抛磨作为复杂曲面叶片精密加工的最后一道工序,其加工质量直接影响叶片的服役性能和寿命。传统6自由度机器人多关节串联具有明显的弱刚性,在末端夹持大型叶片时抗变形能力欠佳。为此,文章自主设计研发了4+2自由度叶片抛磨专用机器人系统,并开展复杂曲面叶片抛磨轨迹规划方法研究。首先基于D-H法建立该机器人运动学模型,进行机器人运动学的正、逆解的求解;其次给出了综合考虑抛磨工具与工件曲率的干涉、刀路轨迹行距和轨迹点密度对残留高度的影响规律的轨迹规划方法,建立了2个单元的协同运动模型保证叶片的加工实现;最后通过叶片抛磨轨迹数控程序验证了所获得的抛磨轨迹的正确性。     

基于阻抗模型的工业机器人磨抛柔顺控制

以型面尺寸精度与表面质量控制为目标的航空发动机叶片磨抛加工是叶片制造过程中的关键技术和难题。基于机器人磨抛执行器系统结构,文中采用基于位置的阻抗控制策略建立了磨抛执行器的柔顺控制系统,采用李雅普诺夫法分析机器人磨抛执行器的系统稳定性,实现了叶片磨抛加工过程中磨抛力的柔顺控制。实验结果表明,该方法能有效提高叶片表面磨抛加工质量。     

砂抛柔性加工单元中砂带磨损补偿策略研究

针对工业机器人砂抛柔性加工单元中,砂带因磨损导致磨削效率降低,加工一致性降低等问题,以铜合金水龙头作为磨抛对象,对其磨抛过程中的砂带磨损补偿策略进行了分析与试验。提出了基于提高砂带速度的补偿策略及其机制,通过公式推导得出了应当提高的砂带速度公式,该策略克服了传统的线性提速补偿策略与砂带非线性磨损之间的矛盾;并通过试验验证了该补偿策略的可行性。研究结果表明:在传统线性提速方法下,当加工到第100个工件时,其工件磨削量为10. 67 g;加工第101个工件时,采用非线性提速补偿策略将砂带速度从15. 99 m/s提高到16. 83 m/s后,第101个工件的磨削量提高到11. 02 g,接近标准磨削量,表明该非线性提速补偿策略是可行的。     

SolidWorks二次开发在工业机器人砂带磨抛离线编程中的应用

在工业机器人砂带磨抛系统中,获取磨抛作业刀位点信息是离线编程中的关键环节。对该磨抛系统进行了模型分析,通过对Solid Works二次开发直接将磨抛轨迹以RAPID代码形式输出。对生成的位姿矩阵文件和RAPID代码文件分别进行了数据分析、仿真试验及实验验证,所生成的RAPID代码基本符合生产要求。最后以VB为开发平台,设计出了可单独执行的.exe文件。     

关于砂带抛磨材料去除理论模型的分析

保证螺旋桨曲面的型面精度,对提高其服役性有直接影响。目前,螺旋桨的精加工过程多采用人工方式,而基于机器人关节臂的砂带抛磨会明显提高效率。本文从宏-微观的角度分析砂带的抛磨过程,对建立砂带抛磨过程中螺旋桨表面轮廓材料去除深度模型进行分析。     

机器人变抛磨头抛磨系统搭建及其实验研究

为了实现复杂曲面类零件一次性、完整性抛磨加工的理念,设计搭建了基于工业机器人的变抛磨头抛磨系统,其中包括抛磨平台的结构设计、静力学分析、模态分析、控制方案设计、测力模块的设计以及传感器与上位机之间通讯方案的设计;然后基于阻抗控制算法构建了工业机器人与抛磨平台间的柔顺联动控制策略。经实验验证,抛磨平台具有较高的定位精度和重复定位精度,且抛磨平台与工业机器人配合加工时无碰撞与干涉发生,选用航空发动机叶片进行抛磨加工实验后未发现加工盲区的存在,为复杂曲面类零件一次性、完整性抛磨加工奠定了基础。     

工业机器人复杂曲面抛磨运动轨迹生成算法

针对目前曲面抛磨机器人采用人工示教编程难度大、耗时长、效率低,而且人工示教无法完成复杂曲面编程且生成的抛磨运动轨迹不平滑等问题,提出了一种适合工业机器人复杂曲面抛磨运动轨迹生成的杠杆自适应NURBS曲线拟合方法。该方法融合了非均匀B样条(NURBS)曲线拟合算法和杠杆平衡自适应采样算法,首先应对抛磨轨迹进行离散化处理得到合理的砂带抛磨触点;然后根据杠杆平衡自适应采样方法,各个质点的质量越大越靠近支点,反之亦然,这样计算得到自适应采样的离散点;最后根据自适应采样离散点拟合NURBS曲线,实现了机器人抛磨运动轨迹平顺光滑。仿真结果表明,该方法正确有效,实用可靠,可生成任意复杂曲面无突变、平滑的抛磨运动轨迹,提高了抛磨加工质量、精度及效率要求。     

航空发动机铣削叶片抛磨技术研究现状及其发展趋势

叶片是航空发动机的核心部件,其苛刻的工况对其加工精度和表面完整性提出了更高要求。针对铣削叶片现有成性技术,阐述了叶片典型结构及抛磨前的表面状态,归纳了叶片抛磨技术关键共性难点。以表面完整性为评价指标,从手工抛磨、砂轮抛磨、砂带抛磨、磨粒流抛磨、柔性工具抛磨、磁力辅助抛磨、滚磨光整加工等方面介绍了航空发动机叶片抛磨的国内外研究进展,对比了各种抛磨技术的优缺点及适用范围。     

机器人磨抛加工接触稳态自适应力跟踪研究

磨抛加工作为复杂曲面制造的最后关键工序,直接决定着零件的轮廓精度与表面质量。机器人具有运动范围大、通用灵活与智能化等优势,结合砂带磨抛工艺被广泛应用于大型复杂曲面零件的加工。但机器人多轴耦合、末端响应速度慢与定位精度低等弊端导致磨抛加工接触力精准控制困难,难以实现机器人柔顺力控加工。针对机器人磨抛加工接触稳态力跟踪问题,在阻抗控制与基于环境参数估计的参考轨迹自适应生成方法上,提出采用遗传算法对位置误差引起的接触力误差进行补偿。结果表明,所提出的方法提高了机器人磨抛加工接触力的跟踪精度,接触稳态力跟踪误差降低约85.7%,具有较好的稳定性与可靠性,可以实现机器人在未知环境下的柔顺自适应加工。     

叶片抛磨表面粗糙度优化预测模型及实验研究

抛磨作为提高叶片表面质量的最后一道工序,能够显著提高叶片表面完整性,表面粗糙度是衡量叶片抛磨后表面完整性最重要的技术指标。采用六自由度机器人+百叶轮弹性磨具对叶片进行抛磨加工,首先采用单因素实验法分析了影响叶片表面粗糙度的主要工艺参数,接着采用正交试验得出了叶片抛磨加工的优化工艺参数区间,最后采用非线性回归模型对表面粗糙度进行了预测。实验验证结果表明,影响叶片表面粗糙度的主要工艺参数依次为百叶轮目数、接触压缩量、抛磨循环次数和机器人进给速度,采用川崎RS20N机器人抛磨某型号精铸汽轮机叶片,优选区间为百叶轮目数（200～600）#之间,接触压缩量为（0.2～1.2）mm,抛磨循环次数为（2～4）次,进给速度为（0.1～0.4）mm/s,在优选工艺区间进行加工,表面粗糙度均低于0.4μm,预测模型和实际抛磨结果误差率低于10%,表明该预测模型能够为实现叶片抛磨工艺参数在线控制和调整提供理论依据。     

基于灰色关联度分析响应面法的橡胶软模端面抛磨表面粗糙度预测

为解决复合材料加筋壁板上筋条与蒙皮配合间隙不均匀的问题,需在刚模表面上粘贴橡胶软模,并通过抛磨橡胶软模来消除配合间隙,然而,若打磨参数选择不当,则橡胶软模表面易起毛,致使粗糙度值过大,易吸附磨屑粉尘。针对上述问题,搭建了一套基于机器人的橡胶材料除尘端面打磨系统,探究了磨粒粒度、磨头转速、打磨压力、离边距离等打磨参数对表面粗糙度的影响规律。提出一种基于灰色关联度分析响应面法的机器人橡胶垫抛磨表面粗糙度预测方法,建立了橡胶材料打磨后粗糙度Ra值的预测模型,该模型的拟合系数R2值为0.9878,表明模型拟合效果好。使用该模型计算出的Ra预测值与观测值的均方根误差为0.014 47,验证了模型预测的有效性。基于预测模型,获得粗糙度Ra值最小（3.3 μm）的参数组合为：磨头转速4158.9 r/min、抛磨压力38.4 N、离边距离30 mm。     

基于HMI工业机器人砂抛单元砂带磨损补偿管理系统的开发

在工业机器人砂抛柔性加工单元成功开发和先前研究的基础上,为了进一步解决因砂带磨损导致的工件磨削量减少,加工工件一致性差等问题,基于HMI建立了砂带非线性提速补偿的自动管理系统,实现了在对工件磨削量进行监控的同时,可根据砂带的磨损程度进行相应的补偿,自动化管理砂带并实现砂带在线报废、报警的目标,促进了砂抛生产过程的自动化。     

一种面向叶片的机器人抛磨轨迹规划方法

为了实现对叶片的自动化抛磨加工,提高抛磨质量,提出了一种面向叶片的机器人抛磨轨迹生成方法。该方法在传统的分层切片算法的基础上改进了交点追踪方式,使生成的轨迹更加完善,效果更好。通过CAD/CAM技术对叶片进行建模,生成叶片的三角网格模型。对该模型进行分层切片处理,得到抛磨运动轨迹。在此基础上,确定机器人抛磨姿态并进行运动学逆向求解,得出机器人各关节运动转角。仿真与实验结果表明,该抛磨轨迹规划方法,可以有效提高叶片工件表面加工质量。     

超声砂带研抛的实验研究

超声砂带研抛是在开式砂带研抛中叠加超声振动而形成的一种复合加工工艺。文中阐述了超声砂带研抛的工作方式、基本原理和系统设计,对砂带振动状态进行了测试和分析,并对比了超声砂带研抛和普通砂带研抛后的工件表面糙度及其加工效率。     

叶片机器人砂带磨抛点云匹配算法优化

为解决机器人磨抛路径中工件坐标系难以计算的问题及校正工件装夹误差,将三维点云配准技术应用到叶片机器人砂带磨抛系统中。由三维激光扫描仪扫描工件型面获得工件点云,采用基于主成分分析(PCA)的全局配准算法和改进的迭代最近点(ICP)算法完成了扫描点云和工件模型离散点云间以及不同工件扫描点云间的匹配,以获取工件坐标系和校正工件装夹误差。相关仿真和试验结果表明,优化后的算法在匹配速度与精度上有了长足改进,且加工后产品精度和质量都能满足实际加工要求。     

复杂曲面机器人磨抛位姿优化与刀路规划

近年来,以工业机器人为执行体的机器人磨抛由于其灵活性好、通用性强等特点正逐渐成为复杂曲面磨抛的发展趋势.在机器人磨抛加工过程中,刀具路径点常以曲面上曲率及法线方向为导向进行划分,但尚未考虑机器人实际运动姿态变化对磨抛路径光滑性产生的影响,且可能存在工件与工具干涉问题,因此难以保障最终加工精度.为此,提出了以磨抛姿态变化...