工業(yè)機器人具有自動化程度高、安全性能高且能夠適應惡劣作業(yè)條件和小批量定制化生產(chǎn)及價格低廉等優(yōu)點,成為我國智能制造產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展的領域之一。但由于工業(yè)機器人的多連桿串聯(lián)結構導致其剛度較弱,在銑削加工中容易引起顫振,嚴重影響加工效率和穩(wěn)定性。本文在國內(nèi)外學者的研究基礎上,結合銑削力和工業(yè)機器人動力學模型,采用MATLAB/Simulink對機器人銑削加工過程進行了動力學仿真,分析了不同姿態(tài)下工業(yè)機器人的振動特性,繪制了隨姿態(tài)變化的銑削加工穩(wěn)定性預測圖,并在此基礎上提出了工業(yè)機器人銑削加工姿態(tài)優(yōu)化策略,提高加工穩(wěn)定性。首先,本文采用修正D-H法建立了KUKA KR60-3工業(yè)機器人的運動學模型,推導了雅克比矩陣的解析式,介紹了正逆運動學求解方法;建立了瞬時銑削力模型,采用正交實驗得到了銑削力系數(shù)的預測模型并進行了驗證;推導了工業(yè)機器人的傳統(tǒng)靜剛度模型,通過加載實驗得到了工業(yè)機器人末端外載荷與變形的關系,利用最小二乘法辨識了關節(jié)剛度值。然后,采用Lagrange法推導了工業(yè)機器人運動微分方程,考慮瞬時銑削力和關節(jié)阻尼的影響建立了工業(yè)機器人銑削動力學模型,基于MATLAB/Simulink平臺編寫... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

工業(yè)機器人在加工制造中的應用

吉林大學碩士學位論文2影響機械加工最為重要的缺點是剛度低（通常為105~106N/m，數(shù)控機床一般約為108N/m）[1][2]。在如銑削、鏜削和鉆削等加工過程中，工業(yè)機器人比傳統(tǒng)機床更容易產(chǎn)生振動，從而降低加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]，嚴重影響工業(yè)機器人加工質(zhì)量和加工效率，甚至會影響機器人、電主軸和刀具的使用壽命（如圖1.3所示）。有研究表明，工業(yè)機器人在銑削硬質(zhì)鋁合金過程中，機器人在某個位姿，當?shù)毒叩妮S向切深超過2mm時，刀具就會發(fā)生非常明顯的銑削顫振，嚴重損壞工件表面[4]。圖1.2工業(yè)機器人與數(shù)控機床的特點圖1.3加工顫振的危害一般的機械振動主要分為兩種類型：受迫振動和自激振動[5]。在機器人加工過程中，影響加工不穩(wěn)定性的振動形式主要為自激振動，也就是顫振，其主要分為兩種類型：再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振[6]（如圖1.4所示）。再生型顫振是一種典型受到外部周期變化的切削力作用而產(chǎn)生振動的一種自激振動，刀具在前一次加工路徑上留下的波紋面上加工，受到碰撞力的作用吸收能量，從而產(chǎn)生振動；模態(tài)耦合型顫振[7]是指由于工業(yè)機器人末端刀具在兩個方向上的結構剛度相近，即在進給和切削兩個方向上的固有振型相接近（耦合），而引起的顫振，刀尖在顫振時的軌跡是一條封閉的空間曲線[8]。圖1.4再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振目前，工業(yè)機器人加工顫振問題是學術界和企業(yè)界都比較關注的熱點問題。由

吉林大學碩士學位論文2影響機械加工最為重要的缺點是剛度低（通常為105~106N/m，數(shù)控機床一般約為108N/m）[1][2]。在如銑削、鏜削和鉆削等加工過程中，工業(yè)機器人比傳統(tǒng)機床更容易產(chǎn)生振動，從而降低加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]，嚴重影響工業(yè)機器人加工質(zhì)量和加工效率，甚至會影響機器人、電主軸和刀具的使用壽命（如圖1.3所示）。有研究表明，工業(yè)機器人在銑削硬質(zhì)鋁合金過程中，機器人在某個位姿，當?shù)毒叩妮S向切深超過2mm時，刀具就會發(fā)生非常明顯的銑削顫振，嚴重損壞工件表面[4]。圖1.2工業(yè)機器人與數(shù)控機床的特點圖1.3加工顫振的危害一般的機械振動主要分為兩種類型：受迫振動和自激振動[5]。在機器人加工過程中，影響加工不穩(wěn)定性的振動形式主要為自激振動，也就是顫振，其主要分為兩種類型：再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振[6]（如圖1.4所示）。再生型顫振是一種典型受到外部周期變化的切削力作用而產(chǎn)生振動的一種自激振動，刀具在前一次加工路徑上留下的波紋面上加工，受到碰撞力的作用吸收能量，從而產(chǎn)生振動；模態(tài)耦合型顫振[7]是指由于工業(yè)機器人末端刀具在兩個方向上的結構剛度相近，即在進給和切削兩個方向上的固有振型相接近（耦合），而引起的顫振，刀尖在顫振時的軌跡是一條封閉的空間曲線[8]。圖1.4再生型顫振和模態(tài)耦合型顫振目前，工業(yè)機器人加工顫振問題是學術界和企業(yè)界都比較關注的熱點問題。由

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于概率方法的機器人銑削加工顫振穩(wěn)定性研究[J]. 劉宇,何鳳霞.  東北大學學報(自然科學版). 2019(05)
[3]銑削加工過程動力學建模、仿真研究現(xiàn)狀與展望[J]. 李忠群,石曉芳,黨劍濤,李文.  航空制造技術. 2018(16)
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[5]機器人加工系統(tǒng)及其切削顫振問題研究進展[J]. 王戰(zhàn)璽,張曉宇,李飛飛,張順琦,秦現(xiàn)生.  振動與沖擊. 2017(14)
[6]機器人鏜孔加工系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[J]. 方強,李超,費少華,孟濤.  航空學報. 2016(02)
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[10]6R串聯(lián)機器人雅可比矩陣求解和速度仿真[J]. 焦恩璋,陳美宏.  機床與液壓. 2010(09)

博士論文
[1]機器人銑削加工軌跡規(guī)劃與顫振穩(wěn)定性研究[D]. 倪鶴鵬.山東大學 2019
[2]銑削動力學—穩(wěn)定性分析方法與應用[D]. 丁燁.上海交通大學 2011
[3]機器人動態(tài)特性及動力學參數(shù)辨識研究[D]. 陳恩偉.合肥工業(yè)大學 2006

碩士論文
[1]立式加工中心切削過程中顫振對加工精度的影響[D]. 王田.沈陽工業(yè)大學 2019
[2]基于銑削力建模的加工參數(shù)優(yōu)化方法研究[D]. 魏俊立.華中科技大學 2019
[3]基于殘差卷積網(wǎng)和支持向量機的機器人銑削顫振辨識研究[D]. 張明鍇.華中科技大學 2019
[4]機械臂銑削大理石的顫振穩(wěn)定性研究[D]. 黃吉祥.華僑大學 2019
[5]銑削加工顫振穩(wěn)定性分析理論的數(shù)學方法研究[D]. 楊丹.黑龍江科技大學 2018
[6]不同姿態(tài)下的銑削穩(wěn)定性及銑削參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 馬忠鶴.電子科技大學 2018
[7]機器人銑削加工顫振穩(wěn)定性分析與實驗研究[D]. 李彪.上海大學 2017
[8]制孔機器人在鉆削力作用下變形與振動的研究[D]. 沈孝棟.南京航空航天大學 2015
[9]鉆鉚機械手鉆孔過程的剛度分析[D]. 朱健.南京航空航天大學 2013
[10]基于切削圖形的動態(tài)銑削力建模[D]. 楊中寶.天津理工大學 2011



本文編號：3429111