基于6-PTRT的螺旋锥齿轮齿顶倒角机器人研究与开发

摘要

螺旋锥齿轮由于结构紧凑、运动稳定、传动效率高等优点，广泛应用于汽车、农机、机床等领域。齿顶倒角可消除齿轮沿齿长方向的尖角，从而减少应力集中，使啮合平稳，延长齿轮使用寿命。螺旋锥齿轮齿顶倒角面为空间曲面，倒角加工复杂，行业内主要依靠人工磨削实现，工人劳动强度大且产品质量难以保证。经过详细研究螺旋锥齿轮加工及并联机床的发展与现状，提出了基于6-PTRT并联机构的螺旋锥齿轮齿顶倒角机器人（以下简称齿顶倒角机器人），以减轻工人的劳动强度，提高加工效率和精度。本文主要研究成果如下。
　　1）设计了齿顶倒角机器人结构及其控制系统硬件平台。该结构经过自由度计算可以满足螺旋锥齿轮齿顶倒角要求。
　　2）进行了齿顶倒角机器人运动学分析。在齿顶倒角机器人动平台位姿变换基础上，解算了齿顶倒角机器人的运动学逆问题，并结合机器人几何关系提出了逆解选择方法。
　　3）计算了齿顶倒角机器人工作空间。分析了齿顶倒角机器人的几何约束，结合运动学分析提出了齿顶倒角机器人工作空间的三维搜索算法。在Matlab中使用该算法给出了倒角机器人样机的工作空间计算实例。
　　4）研究了基于CAD的齿顶倒角NC代码自动编程。分析了倒角加工原理及NC代码格式要求，提出了齿顶倒角NC代码自动编程的关键算法，并使用UG/Open二次开发工具编制了NC代码自动编程模块。
　　5）开发了齿顶倒角机器人控制系统软件。分析了系统的功能需求，详细设计了NC代码读取、编译、检查、插补等功能，在Windows平台上采用LabVIEW和Visual C++软件编制了该控制系统软件。
　　本文设计的控制系统软件已在螺旋锥齿轮齿顶倒角样机上调试运行，实践证明该系统的轨迹检查可以有效避免误操作，提高系统的使用安全性。控制系统界面友好、操作简便，可以实现螺旋锥齿轮的倒角加工需求。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 螺旋锥齿轮倒角加工历史与现状

1.3 并联机床的发展历史与研究现状

1.4 课题来源及主要研究内容

第二章 齿顶倒角机器人结构与控制方案设计

2.1 齿顶倒角机器人结构设计

2.2 齿顶倒角机器人控制系统硬件结构设计

2.3 本章小结

第三章 齿顶倒角机器人运动学及工作空间分析

3.1 动平台位姿变换

3.2 位置逆解分析与逆解选择方法

3.3 齿顶倒角机器人几何约束分析

3.4 工作空间求解与计算实例

3.5 本章小结

第四章 基于CAD的齿顶倒角NC代码自动编程

4.1 数控编程方法简介

4.2 齿顶倒角NC代码自动编程模块设计

4.3 齿顶倒角NC代码自动编程模块实现

4.4 本章小结

第五章 齿顶倒角机器人控制系统软件设计与开发

5.1 软件功能分析

5.2 软件功能详细设计

5.3 控制系统使用实例

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢