铝合金的机器人气囊柔性抛光关键技术研究

【摘要】：铝合金材料具有反射率高、制作周期短、可轻量化设计的优点,因此近年来在太空反射镜、导弹靶场、激光雷达系统等航空航天、军工国防领域得到了越来越广泛的应用。由于铝的材质较软、硬度低,因此铝合金材料的直接超精密抛光一直是一个研究热点。气囊柔性抛光是一种极具发展潜力的新兴抛光技术,其利用柔性气囊作为抛光工具按照一定的进动方式实现工件的高效精密加工。本文结合六轴工业机器人柔性加工的特点,将其与气囊柔性抛光结合在一起,开展对铝合金的机器人气囊柔性抛光关键技术的研究。论文首先利用STL模型的数据特点,提出一种机器人气囊抛光的路径自动规划算法;结合不同抛光工艺下的不同路径控制参数,获取相应的抛光路径,以适应不同的加工面形,具有很高的通用性与适应性。另外,本文对算法中所使用到的顶点法矢计算公式进行了深入探讨,最终归纳总结出一种精度较好的加权公式。其次,在实验室已有的机器人气囊柔性抛光实验平台上,设计开发气囊工具修整平台设备,以实现对气囊抛光头在位修整和工件回转加工。在位式气囊修整功能可以直接对气囊的聚氨酯抛光垫进行修整,减少了气囊工具头重复拆装而造成的误差;平台回转功能可以减小回转类工件的路径规划难度,对于复杂的工件可进行分区域抛光,以减少机器人奇异点的产生。然后,针对气囊工具的结构特点,利用四点法完成气囊球面上相对法兰坐标系的位置标定,完成了最小二乘法球心坐标拟合和气囊TCP求解。在分析误差来源后,提出一种TCP误差补偿算法,来弥补四点法在精度上的不足,并通过实验验证了该算法的可行性。最后,基于现有的机器人气囊柔性抛光系统,进行了一系列的铝合金抛光实验。基于Taguchi正交试验法,分析了进动角、下压量、主轴转速和驻留时间等加工参数对铝合金材料去除率的影响程度,并获取最佳加工参数。通过相应的铝合金抛光实验,验证了铝合金的气囊柔性抛光技术的可靠性和稳定性。