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《兰州理工大学》 2012年
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基于CAD/CAM的工业机器人切削加工离线编程技术研究

雷晓敏  
【摘要】:现场化、柔性化的加工方式已经逐渐成为机械加工的一个重要发展方向,工业机器人应用于切削加工领域具有成本低、自动化程度高、柔性好、安装空间小等优点,能方便地在限定的空间里实现切削加工运动。工业机器人传统的示教编程方式暴露出编程周期长、示教精度低等缺点,而离线编程技术在编程周期、轨迹精度和加工柔性方面具有明显的优势。本文针对机器人切削加工系统的离线编程技术,研究了从CAD/CAM系统输出的NC加工程序(G代码)到控制机器人实现切削动作的控制指令(JOB文件)之间的转换方式,并通过MATLAB和ADAMS的联合仿真进行了加工预测和优化。主要研究内容如下: (1)介绍了机器人运动学的基础理论,以PUMA560型工业机器人为例,利用齐次变换理论建立了机器人的运动学模型,建立了PUMA560的运动学方程,为离线编程技术的研究奠定了基础。 (2)针对工业机器人切削加工离线编程技术,研究了离线编程的开发平台,分析了离线编程的关键技术及其可行性。 (3)探讨了工业机器人切削加工离线编程系统的CAD/CAM基础。通过UG从通用CAD模型和由逆向工程的点云实体化模型中获取加工对象,采用针对机器人数控加工的工艺设置,进行任务规划,生成NC加工程序。 (4)研究了从NC加工程序到工业机器人控制指令之间的转换过程。根据NC加工程序与工业机器人控制指令之间的信息对应关系及工业机器人控制指令格式,利用Visual C++开发了转换程序。 (5)研究了工业机器人切削加工离线编程的加工仿真。在MATLAB软件中通过切削加工轨迹信息获取机器人任务要求,进行机器人轨迹规划,生成样条函数,驱动ADAMS中虚拟机器人模型运动,然后在后处理模块中通过分析仿真结果来修正加工工艺参数设置,以优化机器人控制指令。
【关键词】:工业机器人 离线编程 NC加工程序 运动学正反解 切削加工
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP242.2
【目录】:
  • 目录5-8
  • 摘要8-9
  • Abstract9-10
  • 插图索引10-11
  • 附表索引11-12
  • 第1章 绪论12-20
  • 1.1 工业机器人概述12-13
  • 1.2 工业机器人在切削加工中的应用13-14
  • 1.3 国内外机器人离线编程技术发展现状14-16
  • 1.4 方案的提出及研究意义16-18
  • 1.5 关键技术问题18-19
  • 1.6 本文章节安排19
  • 1.7 本章小结19-20
  • 第2章 机器人运动学方程20-29
  • 2.1 机器人运动学概述20-21
  • 2.2 机器人运动学方程21-27
  • 2.2.1 机器人运动姿态与连杆坐标系21-23
  • 2.2.2 连杆变换矩阵23-24
  • 2.2.3 机器人运动学方程24-27
  • 2.3 本章小结27-29
  • 第3章 工业机器人离线编程的关键技术分析29-37
  • 3.1 NC 加工程序与机器人指令代码分析29-33
  • 3.1.1 NC 加工程序29-31
  • 3.1.2 工业机器人指令代码31-33
  • 3.2 开发平台选择33-34
  • 3.2.1 离线编程操作系统和 CAD/CAM 软件的选择33-34
  • 3.2.2 以 Visual C++作为程序开发工具34
  • 3.2.3 仿真模块选择34
  • 3.3 整体技术思路34-36
  • 3.4 本章小结36-37
  • 第4章 离线编程系统中的 CAD/CAM 基础37-44
  • 4.1 通过逆向工程生成 CAD 模型37-40
  • 4.1.1 逆向工程的工作流程37-38
  • 4.1.2 逆向工程技术在产品设计中的应用38-39
  • 4.1.3 利用 UG 进行曲面重构与结构设计39-40
  • 4.2 数控加工工艺和数控编程40-43
  • 4.2.1 工业机器人切削加工数控编程40-42
  • 4.2.2 加工实例42-43
  • 4.3 本章小结43-44
  • 第5章 离线编程系统中的代码转换技术44-56
  • 5.1 加工数据提取44-48
  • 5.1.1 准备代码数据提取44-48
  • 5.2 代码转换48-54
  • 5.2.1 代码转换流程设计48-49
  • 5.2.2 数据的定义49-50
  • 5.2.3 界面绘制和控制50
  • 5.2.4 机器人指令变量的赋值50-54
  • 5.2.5 文件的显示、保存和关闭54
  • 5.3 软件界面及操作流程54-55
  • 5.4 本章小结55-56
  • 第6章 离线编程系统中的加工仿真56-65
  • 6.1 切削轨迹仿真56-62
  • 6.1.1 PUMA560 机器人的 MATLAB 仿真56-59
  • 6.1.2 在 ADMAS 中建立 PUMA560 模型59-62
  • 6.1.3 ADAMS 的机器人仿真和碰撞检测62
  • 6.2 切削轨迹分析和误差消除62-64
  • 6.3 本章小结64-65
  • 总结与展望65-67
  • 总结65-66
  • 展望66-67
  • 参考文献67-71
  • 致谢71-72
  • 附录 A 加工实例生成的 G 源程序72-73
  • 附录 B 代码转换生成的 JOB 文件73-75
  • 附录 C 攻读硕士学位期间发表论文75

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