基于机器人的模具抛光柔顺执行机构研究

论文摘要

模具抛光是模具加工过程中极其重要的工艺之一,其加工质量是影响模具表面精度的关键因素,提高模具抛光技术是提升模具成型产品质量的最有效途径之一。目前,模具抛光多采用手工加工,抛光质量和生产效率难以提高。为了研究模具抛光这一难点和热点课题,本文设计了一种基于工业机器人的模具抛光柔顺执行机构。柔顺机构可根据模具自由表面曲率变化,自动改变抛光工具的位置和姿态,使抛光工具以恒应力加工,以提高模具表面精度,提高生产效率。本文主要研究内容如下：1、对工具和工件的微观接触情况建模,分析了接触面上的应力及作用力之间的关系；在常应力的基础上,讨论了工具位置和姿态的调整情况。2、设计了一种基于工业机器人的模具抛光柔顺机构位置/力控制方案,柔顺机构及工具主轴固连在机器人末端执行器上,由机器人根据模具表面进行粗略示教；并基于力传感器的反馈信号进行工具主轴位置和力的精确控制。3、设计了一种柔顺执行机构,并利用外购件及自制件对其实现,再对其搭建的平台进行动作仿真。4、分析柔顺执行机构的工作空间,利用搜索算法绘制出了工作空间的三维图。5、阐述了基于力传感器反馈的柔顺机构运动平台和工具主轴的位姿控制方案,并用位置逆解方法求解出柔顺机构原动件——气缸的伸长量；作为应用实例,对自由曲面型面上的插补点进行位置逆解。基于柔顺机构的位置/力控制和基于力传感器的位姿控制,是本文研究的重点,也是本文与其它的3RPS并联机器人模具抛光机构的区别,是本文的创新之处。基于工业机器人的模具抛光柔顺执行机构的工作空间是轴对称的具有一定厚度的壳体,工具主轴可根据模具自由表面的变化,调整位置和姿态,达到了预期的设计目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 模具表面抛光技术研究现状
• 1.2.1 模具表面非机械抛光
• 1.2.2 模具表面机械抛光
• 1.2.3 其他抛光方法
• 1.3 课题的来源、目的和意义
• 1.4 论文的主要内容
• 2 模具抛光基础
• 2.1 模具抛光微观分析
• 2.2 抛光工具姿态分析
• 2.3 本章小结
• 3 模具抛光柔顺执行机构设计
• 3.1 柔顺执行机构简介
• 3.2 模具抛光系统力调节方案
• 3.2.1 Tecnomatix Robcad简介
• 3.2.2 模具抛光系统整体控制方案
• 3.2.3 常用基础参数设定及符号规定
• 3.2.4 柔顺执行机构受力情况研究
• 3.3 本章小结
• 4 模具抛光柔顺机构设计方案实现
• 4.1 外购元件选型
• 4.2 自制元件设计
• 4.2.1 Pro/ENGINEER软件介绍
• 4.2.2 自制件设计
• 4.3 三维模型平台搭建及仿真
• 4.3.1 ADAMS软件介绍
• 4.3.2 Mech/Pro软件介绍
• 4.3.3 基于真实参数的模型仿真
• 4.4 本章小结
• 5 柔顺执行机构的工作空间分析
• 5.1 基于真实参数模型的工作空间分析
• 5.1.1 运动平台位姿分析
• 5.1.2 工具主轴姿态分析
• 5.2 基于Adams的机构空间仿真
• 5.3 本章小结
• 6 基于力传感器的工具位姿控制
• 6.1 柔顺机构运动平台位姿控制策略
• 6.2 工具中心的位置控制策略
• 6.3 本章小结
• 7 柔顺机构气缸的位置逆解
• 7.1 位置气缸位置逆解
• 7.2 姿态气缸位置逆解
• 7.3 自由曲面模具实验示例
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 气缸选择程序
• 附录B 工具运动轨迹搜索程序
• 附录C 实验示例位置逆解程序
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢