一种新型曲线孔电火花机器人的研究

摘要

在塑料模具注塑行业中，曲线孔的加工需求不断增加。这是因为超精密注塑模具的精度和表面质量到达一定程度后，继续提高其质量并不能使注塑产品质量得到相应的提升，反而增加了生产成本。另一方面，提高注塑模具温度的控制精度对注塑质量的提升有很重要的影响。研究表明使用整体曲线孔冷却轨道的模具能够实现较为精确的温度控制，能够使注塑件的质量得到进一步提升。由此可见，曲线孔加工技术对于注塑行业有着十分重要的作用。
　　本文设计了一种曲线孔电火花机器人，能够加工较为简单的曲线孔。机器人模仿尺蠖运动，借助加工液的反冲力和SMA驱动，通过头部电极结构放电加工，蚀除模具材料，一步一步向加工方向进给，加工出所需的空间曲线孔。
　　首先明确了机器人整体设计方向，使用Solidworks软件三维建模，初步设计机器人各部分的结构。为了实现更好的加工效果，在第一种方案的基础上对部分结构做出了改动。主要改变了驱动方式，由单一驱动改为混合驱动。然后通过计算完善模型，分析两种方案在驱动力、转弯力等方面的不同，计算机器人所能加工出弯孔的最小半径。最后使用ANSYS软件对两种方案进行流体仿真，对比流动情况。优化了方案二机器人头部结构，探究不同入射角度的工作液对加工的影响。得出方案二在入射角135°时，加工状态最佳的结论。
　　仿生曲线孔机器人驱动稳定，结构简单，有回退机制，具有更高的加工效率，能够在流体冲力和SMA弹簧力的综合作用下，加工出较为复杂的曲线孔，为曲线孔加工机器人的进一步研究提供了有益参考。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2电火花加工技术及曲线孔加工的发展现状

1.3 形状记忆合金驱动器及机身材料的选取

1.4 课题的主要成果及创新

1.5 论文的结构与内容

第二章 机器人结构设计

2.1 机器人设计总体要求

2.2 转弯的实现

2.3 驱动原理

2.4 设计方案

2.5 本章小结

第三章 两种方案初步计算与结构对比

3.1 驱动力计算

3.2 转弯力矩计算

3.3 弹簧长度计算

3.4 两种方案对加工其他方面影响的对比

3.5 机身尺寸的计算

3.6 加工速度计算

3.7 本章小结

第四章 加工头工作部位流体仿真

4.1 方案一仿真

4.2 方案二仿真

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果