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。     

基于力反馈的机器人砂带磨削虚拟示教轨迹规划方法

提出了一种基于力反馈的机器人砂带磨削虚拟示教轨迹规划方法,开发了一套机器人虚拟示教系统。该系统通过给予操作者连续的磨削力觉反馈和视觉仿真,使操作者沉浸在一个虚拟现实的环境中,能够像真实的手工磨削一样动态地规划工件的磨削轨迹和参数,以避免加工干涉并获得较好的加工表面质量。为了提高示教精度和效率,建立了一个虚拟夹具模型来辅助并引导操作者快速地完成复杂零件的轨迹规划任务。实验研究表明,该方法生成的轨迹能够有效避免机器人磨削复杂零件时的各类干涉,对提升机器人砂带磨削轨迹规划效率具有重要意义。     

砂带抛磨装置

我公司产品中有一种工件,见图1所示。该工件表面粗糙度要求较高,以往我们采用车—精车—粗磨—精磨工序。由于工件中有一处φ29的细颈,在磨床上用砂轮进行磨削时,此处为薄弱环节,容易被砂轮顶弯,产生轴向横纹和螺旋纹。为了消除这些磨削缺陷,我们设计了砂带抛磨装置,粗精磨之后,在C630车床上用该抛磨装置对零件进行精整加工,取得了理想的表面质量。     

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。     

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。     

车床用砂带抛磨工具

在车床上对工件进行研磨、抛光有多种方法,如传统的铸铁研磨工具、砂布抛光以及用油石抛光等等;采用砂带磨削装置是近年来发展起来的新方法,它的特点是:抛磨后尺寸、形状精度高,表面粗糙度值小,安全高效,对难加工材料更能体现其     

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。     

砂带磨抛钛合金表面粗糙度的试验研究

探讨了两种不同砂带磨削钛合金表面粗糙度的差异.通过单因素试验,比较锆刚玉和碳化硅砂带精磨钛合金获得表面粗糙度的性能.通过分析植砂密度、磨粒出露高度、磨粒性质等研究两种砂带对磨削钛合金表面粗糙度的性能差异,结果表明锆刚玉砂带更适合精磨钛合金.     

机器人砂带磨削控制参数优化设计

基于磨削材料去除模型,进行工件曲面砂带磨削的控制参数优化设计.在假设磨削接触满足赫兹接触的前提下,通过对单颗磨粒切除材料机理分析,推导岀磨削过程的材料去除模型.选定了机器人砂带磨削控制参数中的设计变量,确定目标函数,建立了约束条件和数学模型,针对具体砂带磨削的控制参数进行优化,仿真结果表明优化方法的可行性.     

叶片数控砂带复合磨削加工方法的研究

在对叶片进行数控铣削和砂带抛光磨削的研究基础上,提出了一种叶片数控砂带复合磨削加工的方法.该方法采用了一种刚柔组合的砂带磨削接触轮,兼有切削和抛光的功效.它使叶片的切削加工和抛光加工合二为一,不仅提高了加工效率,也大大降低了生产成本.     

大型核电叶片的螺旋磨削刀具轨迹生成

为了提高大型核电叶片的磨削加工效率和改进现有的砂带磨削刀具轨迹生成方法,提出了一种针对组合曲面叶片的六轴联动螺旋磨削方法。该方法根据组合曲面相邻边界曲线与曲面造型提出了叶片砂带螺旋磨削切触点和刀具轨迹的计算公式。基于课题组自主开发的编程系统平台编制了相应的数控编程模块,生成了连续光滑的叶片螺旋磨削加工刀具轨迹。与砂带磨削原有的横向、纵向磨削方式相比,大大减少了叶片磨削过程中的让刀时间,提高了加工效率,降低了生产成本。     

机器人砂带打磨路径规划

为了解决机器人砂带打磨系统在路径规划中产生的偏置刀触线局部自相交问题,保证机器人打磨系统的加工质量和效率,构建了一种基于映射法和轮廓提取法的偏置刀触线去自交的算法.首先,研究了基于等残留高度法的轨迹生成的原理;然后,分析了轨迹生成时刀触线自相交的原因,为解决此问题,提出了基于映射法和轮廓提取法的偏置刀触线去自交的算法;...     

杭机集团制造成功数控叶片顶砂带磨

杭州机床集团公司自行设计制造的首台大型SDM-1数控叶片叶顶砂带磨床是为哈尔滨汽轮机厂磨削叶片叶顶而专门设计制造的。7月初，经验收，该机床的各项几何精度符合协议规定的要求。经试磨由用户提供的工件，粗磨在100min内单边可磨去6．5mm的余量，具有高效的特性。经全自动磨削试验，尺寸控制、叶顶径向跳动等均符合要求。     

船用螺旋桨叶片砂带磨削加工自动编程技术研究

介绍了自由曲面数控加工编程技术的国内外研究现状。根据船用螺旋桨叶片砂带磨削的加工特点,将螺旋桨叶片砂带磨削加工自动编程系统划分为五个功能模块,研究了砂带磨削加工刀具轨迹的生成过程。     

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...     

基于ANSYS Workbench的叶片砂带磨削用量分析与研究

为选取合理的发动机叶片砂带磨削用量,在ANSYS软件中建立了磨削抛光模型,并将模型导入ANSYS Workbench中,运用显示动力学模块对比分析不同磨粒大小、磨削深度、磨削速度对工件表面质量、应力的影响,并给出对比数据结果.该分析结果可为钛合金叶片砂带磨削试验提供参考数据,且对提高磨削效率、延长砂带使用寿命有一定的理...     

叶片砂带磨抛装置关键零件的结构优化设计

针对叶片砂带磨抛装置的关键零件——机架和主动柔顺装置支架,以关键零件的静动态特性为优化目标,结合拓扑优化和多目标优化进行了结构优化设计。首先,根据磨抛装置各机构的安装需求初步设计机架模型,利用拓扑优化的轻量化特性设计改良的机架结构;然后,将磨抛装置关键零件的装配体作为优化对象,结合均匀设计法、灵敏度分析和响应面法建立其静动态特性与对其有显著影响的结构特征之间的二阶响应面模型;最后,以关键零件的静动态特性为优化目标,基于二阶响应面模型和NSGA-II(算法),对磨抛装置机架和主动柔顺装置支架的结构参数进行多目标优化。结果表明,拓扑优化可以获得磨抛装置较好的机架设计结构,多目标优化可进一步优化磨抛装置关键零件的结构特征,减少磨抛装置后续的优化迭代过程。     

车床砂带抛磨绿色工艺的研究

针对所有砂带磨头均带有电机的现状,应用带传动的原理,提出了在车床上利用工件的旋转作为源动力进行砂带抛磨的设想;在生产用的砂带磨头上进行了工件同步驱动砂带的试验;提出了一种砂带磨削和研抛绿色工艺,分析了为实现该工艺应采取的措施;在此基础上设计了车床用无电机砂带磨头,并对砂带磨头的特点进行了分析。分析结果表明,该砂带磨头体积小,携带方便,可作为车床附件扩大车床的工艺范围;工艺实施结果表明,所采用的新工艺可以满足零件的表面粗糙度要求。     

叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工,对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先,通过平行截面法获得抛磨路径割线,以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着,提取曲线特征参数,根据设定的阈值进行抛磨点规划,再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划,从而得到完整的抛磨路径。然后,将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后,搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明,此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工,测得表面粗糙度分别为0.695~0.930μm和2.803~3.243μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划,使工具和工件保持最大接触,从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。     

汽轮机叶片数控砂带磨削工艺与试验研究

汽轮机叶片的材料是一种难加工材料，而砂带磨削是一种高效、节能的新的磨削工艺方法。本文介绍将汽轮机叶片的复杂型面以破带磨削技术来进行数控加工，不但提高了叶片型面的加工质量，而且提高了加工效率。本文对其他难加工工件的二维成形表面的加工，也具有普遍的意义．