大型复杂曲面的机器人研抛技术研究

摘要

近年来，随着航空航天和先进制造技术迅速发展，对航空零部件产品（如航空透明件）的尺寸和表面质量的要求也越来越高，研磨抛光光整加工也成为必不可少的加工工序。目前，国内外航空透明件的研磨抛光加工仍就是主要依靠手工操作完成，不仅费时费力、效率极低，而且研磨抛光加工后的表面质量的均一性较差、表面形状尺寸精度也不高。本文查阅了大量国内外基于工业机器人技术的模具自动化研磨抛光文献，在现有研究成果的基础上，针对透明件的自动化研抛，对机器人自动化研抛关键技术进行了较为深入的研究。
　　本研究主要内容包括：⑴研制设计出一款基于工业机器人的自动化研抛系统，并自主设计了一新型的主被动控制的柔性研抛工具，该工具结构能够模仿手工研抛加工，同时克服了机器人刚度与柔性之间的矛盾。⑵应用有限元方法建立了柔性抛光盘与工件表面接触时的压力分布模型，得到了接触区域的压力分布模型；基于Preston去除理论方程和摩擦学的Archard方程，建立了平面和曲面抛光过程中抛光盘的去除深度模型，并通过实验进行了验证分析。⑶通过对研抛过程中的柔性抛光盘进行受力分析，设计了一种基于滑膜变结构控制理论的机器人力控制器；同时开发了一款机器人研抛力控制系统，用于实时控制抛光加工过程中研抛压力的大小，实现恒压力研抛。⑷通过应用机器人自动化研抛平台进行透明件研磨抛光试验，验证了本文提出机器人自动化研抛技术可以满足实际透明件的研抛的技术要求：表面粗糙度Ra<(10~20)nm，且表面无机械和光学缺陷。

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第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2 自动化研磨抛光相关技术国内外研究现状

1.3课题来源及主要研究内容

第2章 机器人自动化研抛系统

2.1机器人研抛系统构成及功能

2.2机器人自动化研抛系统硬件构成

2.3机器人末端研抛工具

2.4系统通讯方式

2.5本章小结

第3章 研抛材料去除特性分析及材料去除建模

3.1研抛工具接触区域压强分布分析

3.2抛光盘接触区域研抛速度分析

3.3研抛工具材料去除模型建立

3.4研抛材料去除轮廓模型分析

3.5本章小结

第4章 机器人研抛力控制技术研究

4.1机器人末端抛光工具的位姿描述

4.2抛光盘工具受力分析

4.3机器人主被动柔顺控制策略

4.4基于滑膜变结构控制理论的力控制器的设计

4.5机器人研抛力控制实验

4.6本章小结

第5章 航空透明件研抛加工实验及参数优化

5.1研抛实验条件

5.2研抛实验结果及分析

5.3机器人自动化研抛工艺过程规划

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢