基于工业机器人的4G18曲轴箱去毛刺工艺优化研究

摘要

毛刺的存在会降低待加工工件的再定位加工精度，严重影响机械设备的使用寿命。对于机械零件尤其是汽车动力总成部件等压铸件的毛刺去除，国内厂商大体上仍然采用人工去毛刺的方式，存在自动化程度不高、生产效率低、打磨质量参差不齐的缺点。工业机器人因其高柔性、拟人化以及重复性好的特点，非常适合铸件毛刺的清理。现阶段机器人主要用在喷涂、搬运、焊接等简单的重复性工作中，对于形貌特征复杂的铸件毛刺清理，在工艺方面的研究还不成熟，仍然存在着打磨质量不稳定、效率不够高的特点。 本文以某厂商生产的4G18汽车曲轴箱为研究对象，对其在进行机器人去毛刺清理过程中的工艺问题进行了如下研究： （1）分析了4G18曲轴箱去毛刺工艺需求，建立了去毛刺切削力模型，搭建了去毛刺切削力采集实验平台； （2）对工装夹具定位精度引起的工件偏移导致的打磨质量问题进行研究，利用激光位移传感器对工件表面进行探测，间接获取打磨位姿误差，通过机器人TCP坐标变换对工件位姿进行调整，从而实现对工装夹具误差的自适应补偿和打磨轨迹校正。 （3）对于大型毛刺清理过程中效率低的特点，建立了以最小打磨时间为优化目标的数学模型。对传统遗传算法进行了改进，利用改进后的优化算法对数学模型进行寻优，实现对工艺参数的优化。 （4）建立了去毛刺切削正交实验，利用三元线性回归的方式拟合出相应的切削力模型。对优化参数与经验参数进行实验对比，验证了优化算法的可行性。 本文研究表明，通过对夹具误差的补偿能够有效的校正机器人加工路径，从而提升整体加工质量；建立以加工效率为优化目标的优化模型，通过改进遗传算法进行求解，可以得到较为理想的切削参数，从而有效的提高加工效率。

目录

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绪论

课题背景及意义

国内外研究现状

去毛刺工艺研究现状

工业机器人抛磨研究现状

工艺参数优化研究现状

主要研究内容

打磨工艺优化总体方案设计

引言

4G18曲轴箱打磨工艺需求分析

压铸件毛刺特征

4G18曲轴箱加工需求分析

切削力采集实验平台设计

去毛刺切削力建模

实验平台总体方案

机器人及其控制系统

刚性电主轴及转速控制单元

切削力采集系统

工艺优化总体方案

打磨轨迹校正研究

工艺参数优化研究

本章小结

曲轴箱工装夹具系统误差补偿

引言

工装夹具系统几何误差分析

工装夹具误差补偿方案

工件位姿误差确定

工件位姿误差校正

总体方案

夹具系统误差补偿方法验证

本章小结

机器人打磨工艺参数优化

引言

工艺参数优化建模

优化变量的确定

目标函数的确定

约束条件的确定

最优化数学模型

基于遗传算法的打磨工艺参数优化

遗传算法概述

模拟退火算法

改进后的遗传算法

打磨工艺优化流程

改进遗传算法仿真研究

本章小结

打磨优化测试验证分析

引言

打磨切削力实验研究

切削正交实验组设计

切削力模型线性回归

切削力模型检验

切削力预测模型显著性检验

切削力预测模型回归系数检验

打磨工艺优化验证

工装夹具系统误差补偿实验验证

工艺参数优化实验验证

本章小结

总结与展望

总结

展望