目前,工業(yè)機器人憑借其運動空間大、操作靈活等優(yōu)勢,在航天艙體、飛機蒙皮、輪船葉片等大型構件的加工中已經(jīng)有所應用,不過由于工業(yè)機器人存在剛度弱、絕對定位精度低等劣勢,易導致加工零件的尺寸精度低、表面質(zhì)量差等問題時有發(fā)生。為了保證工業(yè)機器人穩(wěn)定、可靠地實施加工,同時保證加工質(zhì)量,本文主要開展以下方面研究。首先,采用微元法對機器人銑削過程進行銑削力建模,并通過機器人正交切削實驗基于二次回歸模型完成銑削力系數(shù)辨識。然后將特定切削參數(shù)組合條件下計算得到的銑削力系數(shù)代入MATLAB編寫的銑削力程序進行計算從而驗證了銑削力系數(shù)辨識模型的正確性。此外,通過在ABAQUS中建立6061鋁合金三維銑削仿真模型,得到了銑削力及零件表面粗糙度。并將仿真結果與實驗中采集的數(shù)據(jù)進行對比分析,驗證了仿真模型的有效性,說明通過有限元仿真能夠?qū)C器人銑削過程進行預測。然后,綜合考慮機器人關節(jié)剛度以及主軸-刀具系統(tǒng)剛度建立了機器人加工系統(tǒng)的綜合剛度場,并以銑削平面內(nèi)剛度性能為指標繪制了機器人加工系統(tǒng)末端在零件加工表面剛度性能分布云圖。通過對比加工實驗中的實測變形值和計算變形值,驗證了在考慮主軸-刀具系統(tǒng)剛度后建立的綜合剛... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

機器人加工螺旋槳葉片[1]

?慵?募庸ぞ?紉?笠蒼嚼叢礁�。�?傳統(tǒng)的數(shù)控機床由于結構龐大、無法搬運等缺點，在很多場合已經(jīng)不再滿足加工要求。并且當采用專用大型數(shù)控機床進行加工時，還存在加工成本高、周期長等問題。而工業(yè)機器人相比于傳統(tǒng)數(shù)控機床，有著靈活性好、運動空間大、成本較低等優(yōu)點，因此其在大型工件的制造裝配中的應用前景較為廣泛，目前已經(jīng)開始逐漸應用于航天艙體、飛機蒙皮、輪船葉片、風機葉片等大型構件的制造裝配中。如圖1-1和1-2所示，分別是機器人在螺旋槳葉片和風機葉片加工中的應用[1]。圖1-1機器人加工螺旋槳葉片[1]圖1-2機器人打磨風機葉片[1]根據(jù)2016年發(fā)布的《中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，工業(yè)機器人在汽車、機械加工、電子電氣、橡膠塑料、食品以及物流等行業(yè)應用較多，并且根據(jù)具體應用環(huán)節(jié)的不同，主要分為焊接、裝配、搬運、裝卸、鑄造、沖壓和涂裝等。但是相比于上述應用，機器人在切削加工中的應用還較少，其優(yōu)勢尚未得到較好的發(fā)揮。這主要是源于工業(yè)機器人的兩大缺點：一、機器人自身固有的弱剛度性，通常情況下機器人的剛度只有傳統(tǒng)數(shù)控機床的1/50，這就導致機器人末端與機床末端受到大小相等的切削力時，機器人末端會產(chǎn)生較機床50倍的變形，從而導致零件的尺寸誤差較大；二是由于機器人的結構趨向于輕量化并且其傳動系統(tǒng)較為復雜，所以易產(chǎn)生振動從而影響加工精度[2]，Pan等指出，在機器人銑削加工中，振動主要發(fā)生在機器人本體上[3]。如圖1-3和圖1-4所示，分別為機器人執(zhí)行銑削加工作業(yè)和發(fā)生

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文2顫振后在工件表面留下的振痕，可以看出當機器人加工過程中發(fā)生顫振時，零件的表面質(zhì)量顯著降低。圖1-3機器人銑削[3]圖1-4零件表面振痕[3]由于機器人的弱剛度性和加工顫振現(xiàn)象的存在，其在加工過程中容易導致零件加工的尺寸精度較低，表面質(zhì)量較差。為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，需要對機器人加工系統(tǒng)綜合剛度場建模進行研究，了解機器人的綜合剛度對機器人加工精度的影響，從而為減小加工變形、提高零件質(zhì)量提出指導意見。而且當機器人受到連續(xù)的非周期性的外部激勵時產(chǎn)生的顫振現(xiàn)象對零件的加工有著致命影響，因此需要在機器人銑削加工開始前即對加工過程的穩(wěn)定性進行預測，從而在選擇切削參數(shù)時避開易發(fā)生顫振區(qū)域，保證加工過程得以穩(wěn)定進行。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于數(shù)控機床發(fā)展較早，目前機械加工領域中所使用的設備多以數(shù)控機床為主，因此各國學者在機床的剛度建模以及顫振穩(wěn)定性方面的研究較多，并且已取得了較為豐富的研究成果。而機器人加工雖然起步較晚，但是也得到了諸多學者的關注，所以也有了一定的成果。本節(jié)將分別從加工系統(tǒng)剛度研究和加工顫振兩大方面對現(xiàn)有的研究成果進行介紹。1.2.1加工系統(tǒng)剛度建模研究現(xiàn)狀現(xiàn)代加工技術的發(fā)展方向是高速、高精度、高效率，而剛度是評價加工系統(tǒng)性能的重要指標。研究加工系統(tǒng)的剛度特性有利于了解加工系統(tǒng)的剛度分布，提高系統(tǒng)的整體剛度，充分發(fā)揮加工系統(tǒng)的加工性能，從而提高零件加工的精度、效率。目前在多體加工系統(tǒng)的剛度建模方面主要采用的方法包括有限元法和解析法。有限元法是將整體結構離散為多個微元，然后通過形函數(shù)在每個微元內(nèi)部為任意節(jié)點建立位移的一般表達式，并且對形函數(shù)求偏導獲取應力、應變間的映射關系，從而得到局部坐標系中的剛?

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
[1]臥式雙機聯(lián)合鉆鉚系統(tǒng)綜合剛度場建模和實驗[D]. 董琛.浙江大學 2019
[2]側銑直紋曲面的銑削力預測及變形誤差研究[D]. 李勇.電子科技大學 2017
[3]環(huán)形刀銑削加工穩(wěn)定性建模與分析[D]. 龔艷紅.華中科技大學 2016



本文編號：3568473