工业机器人在数控多轴加工中的应用研究

摘要

随着智能化水平的不断提高，新技术、新工艺的不断涌现，工业机器人技术也得到了前所未有的发展。由于工业机器人具有灵活稳定等特点，通常情况下代替人们完成劳动强度大、工作环境恶劣的场合，比如用来代替人完成物体的焊接、搬运卸货等工作。
　　离心式叶轮外形尺寸复杂，常被用在动力机械中，但加工难度高。目前，离心式叶轮的加工主要是通过在多轴数控机床上来完成，而先进的多轴数控加工机床价格都在百万以上，刀具和机床本身极易因操作不当而损坏，维修和保养成本高，让很多企业只能望洋兴叹。本文以KR360-2型工业机器人作为原型，通过在该设备末端执行器部位上加装带有铣刀柄装置的电主轴，来扩展其使用范围以代替多轴数控机床，从而实现对离心式叶轮这种复杂零件的加工，降低企业成本。本文主要研究的内容如下：
　　1.完成对机械手端部的修改，拓展其使用范围
　　通过在 KR360-2型工业机器人原本安装机械手的末端执行器更换上便于装夹铣刀的电主轴，用这种简单方法来改变其原有的加工方法，为实现对复杂零件的加工做好保障。同时，运用数学模型对由底座、滑动平台、活动机械臂、机械臂旋转点之间构成的六个自由度进行分析计算，从而确保结构改造后能满足合理的多轴加工。
　　2.用UG完成叶轮的刀路生成及后处理定制
　　首先利用功能强大的UG10.0软件进行离心式叶轮的毛坯建模，然后在UG加工环境下生成离心式叶轮的加工刀轨，通过UG-post工具与TCL语言结合来构建基于KR360-2的专用后处理器，最后由UG-post处理器生成让库卡（Kuka）机器人能够识别的NC加工程序。
　　3.利用VERICUT软件验证机器人可以完成多轴加工的任务
　　在VERICUT环境下，建立机床模型、刀具库、调入相应的控制系统，对已经生成的数控程序进行模拟仿真，同时因参数设置不正确等原因而引起的机床碰撞、刀具折断，夹具损坏等错误进行报警。逼真的仿真画面能让错误一目了然，并且在仿真过程中不断优化加工方式，直到能够正确加工出离心式叶轮零件。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 选题研究的目的和意义

1.3 国内外研究的现状及发展趋势

1.4 工业机器人的分类与特点

1.5 工业机器人的构成及应用

1.6 本论文研究的内容

第二章 末端机械手修改方案及自由度分析

2.1 KR 360-2型工业机器人

2.2 末端机械手的修改方案

2.3 六个自由度的数学分析

第三章 基于UG环境下叶轮加工刀轨生成及后处理构建

3.1 Unigraphics NX简述

3.2 叶轮加工刀具轨迹生成

3.3 加工后处理

第四章 基于VERICUT环境下的加工仿真及优化

4.1 VERICUT简介

4.2 实施加工仿真

4.3 优化与改进

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 今后展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果