機(jī)器人研磨拋光工藝研究

機(jī)器人研磨拋光工藝研究

飛機(jī)的窗通常由有機(jī)玻璃制成。隨著重量和下落，玻璃被灰塵和灰塵碰撞。在一定時(shí)間內(nèi)，玻璃表面變得非常粗糙，嚴(yán)重影響了透明度。因此，有必要對(duì)玻璃進(jìn)行研磨、研磨和修復(fù)。采用傳統(tǒng)的手工研磨拋光方法,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且很難保證加工質(zhì)量的一致性;同時(shí)工業(yè)現(xiàn)場的噪聲、粉塵也嚴(yán)重影響工人的健康。采用機(jī)器人對(duì)機(jī)窗的有機(jī)玻璃進(jìn)行磨拋加工,對(duì)于提高加工效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度具有十分重要的意義1等組成研磨拋光本文中的研磨拋光機(jī)器人系統(tǒng)由五軸框架式加工機(jī)器人機(jī)械本體、高精度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)器人主控制器、主計(jì)算機(jī)等組成,能對(duì)不同外形尺寸的工件實(shí)施高質(zhì)量、高精度的研磨拋光,且能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手腕處負(fù)載力和力矩的檢測,以保護(hù)工件和提高加工質(zhì)量。當(dāng)表面劃痕深度小于0.1mm的飛機(jī)機(jī)窗玻璃(劃痕深度過大的是廢品,不需再研磨拋光),通過研磨拋光機(jī)器人系統(tǒng)加工后,可以達(dá)到期望的飛機(jī)機(jī)窗玻璃表面粗糙度2研磨拋光機(jī)機(jī)器人在研磨拋光時(shí),其手部固定有電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磨拋工具,磨拋工具前端安裝有研磨拋光用的磨片,由磨拋工具帶動(dòng)磨片高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行研磨拋光加工。當(dāng)研磨加工時(shí),要一邊研磨一邊用水沖刷;在拋光加工時(shí),除了將磨片換成羊毛墊外,還要使用拋光液,以便改善拋光效果。2.1磨拋加工工藝研磨拋光機(jī)器人加工系統(tǒng)中,由電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人手部磨拋工具是Argofile型系列產(chǎn)品,轉(zhuǎn)速可調(diào),最高可達(dá)15000r/min。機(jī)器人磨拋加工時(shí),先用目數(shù)值小的磨片進(jìn)行粗磨;然后用目數(shù)值大的磨片進(jìn)行細(xì)磨目數(shù)值不同的磨片,其加工效果是不同的:目數(shù)值小,磨粒粗,去除量大,被加工表面粗糙度大;相反,目數(shù)值大,磨粒細(xì),去除量小,被加工表面粗糙度小。通過大量試驗(yàn),確定機(jī)器人加工有機(jī)玻璃時(shí)磨片的合理使用順序如圖1所示。2.2磨拋區(qū)域范圍規(guī)劃研磨拋光機(jī)器人加工系統(tǒng)中,磨拋路徑規(guī)劃原則是加工路徑均勻分布,且以盡可能多的方向通過某一加工點(diǎn),防止局部過拋或欠拋;磨拋加工范圍應(yīng)從小逐漸向周圍擴(kuò)大,防止磨拋區(qū)域邊緣處過渡不均勻;同時(shí)還要能提高磨拋加工的效率。通過大量試驗(yàn)確定采用正交式交疊往復(fù)的思路進(jìn)行路徑規(guī)劃,即從曲面的經(jīng)度和緯度方向進(jìn)行規(guī)劃,相鄰路徑間距為磨片的有效半徑長度,如圖2所示。而規(guī)劃路徑上各個(gè)加工點(diǎn)的三維坐標(biāo)和法向量,規(guī)定了機(jī)器人加工時(shí)的位置和姿態(tài),以保證磨片加工時(shí)磨片始終與曲面上的各個(gè)加工點(diǎn)的法向量保持垂直,從而獲得最佳的加工效果。2.3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)是從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),即用正交表來合理安排試驗(yàn)。能夠通過代表性很強(qiáng)的少數(shù)次試驗(yàn),搞清各個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響情況,確定因素的主次順序,找出較好的生產(chǎn)條件或最優(yōu)參數(shù)組合2.3.1磨拋工具的速度和旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整機(jī)器人研磨拋光試驗(yàn)中,影響去除量(即工件去除厚度)的主要因素是磨片與工件間的法向作用力F、機(jī)器人行走速度v(機(jī)器人磨拋工具沿工件表面的運(yùn)行速度)、磨拋工具的旋轉(zhuǎn)速度ω和同一點(diǎn)處的加工次數(shù)n。通過大量機(jī)器人研磨拋光試驗(yàn)確定4個(gè)主要因素的變化范圍:F為1～2.5N;v:為5～20mm/s;ω為100～175r/s;n為200～500次,設(shè)計(jì)每個(gè)因素取4個(gè)水平,得到正交試驗(yàn)的4因素4水平表,見表1。2.3.2試驗(yàn)計(jì)劃的設(shè)計(jì)在機(jī)器人研磨拋光試驗(yàn)中,4個(gè)主要因素F,v,ω,n如果做全因素試驗(yàn)的話,要進(jìn)行42.3.3最優(yōu)工藝參數(shù)組合的確定機(jī)器人按照正交表L極差是均值中最大值與最小值之差。極差大的因素,通常是重要因素。從表2可看出法向接觸力F和加工次數(shù)n是重要因素,4因素的主次關(guān)系見圖3。運(yùn)用正交試驗(yàn)中的直觀分析方法,工件去除量均值與各因素關(guān)系如圖4所示。從圖中看到工藝參數(shù)中法向接觸力F取3水平,行走速度v取2水平,磨具轉(zhuǎn)速ω取4水平,加工次數(shù)n取4水平分別對(duì)應(yīng)的工件去除量均值最大,則最優(yōu)工藝參數(shù)組合為F可以看到,最優(yōu)參數(shù)組合F使用磨片粒度為3000目時(shí)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和磨片目數(shù)為460時(shí)近似,不同之處是因素n的4個(gè)水平分別為300、400、500、600次,在滿足加工表面粗糙度的前提下進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果記錄如表3所示,工件去除量均值與各因素關(guān)系如圖5所示。從表3與圖5可得到,機(jī)器人選用3000目的磨片,在法向接觸力F為2N,機(jī)器人行走速度v為10mm/s,磨具轉(zhuǎn)速ω為175r/s的條件下,當(dāng)加工次數(shù)n大于或等于500次進(jìn)行磨拋加工,工件的去除量基本上保持0.06mm不變?？紤]到機(jī)器人的加工效率,最后確定機(jī)器人加工的最優(yōu)工藝參數(shù)組合為F2.4研磨與研磨加工曲線研磨拋光機(jī)器人加工系統(tǒng)的最優(yōu)工藝參數(shù)組合F2.5有機(jī)玻璃上全壓孔加工結(jié)合機(jī)器人磨拋試驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)和獲得的機(jī)器人磨拋工藝知識(shí),制定了機(jī)器人磨拋加工策略。在實(shí)際應(yīng)用中,有機(jī)玻璃上劃痕深度一般不到0.1mm,在保證加工后工件質(zhì)量要求的前提下,以工件的劃痕深度為基準(zhǔn),把加工策略進(jìn)一步細(xì)化,將目數(shù)分別為460和3000的磨片對(duì)應(yīng)的最大工件去除量作為臨界值,具體加工策略如圖7所示。3器人磨拋實(shí)施在機(jī)器人的磨拋工藝知識(shí)指導(dǎo)下,對(duì)一個(gè)劃痕深度為0.1mm的有機(jī)玻璃進(jìn)行磨拋試驗(yàn)。按照機(jī)器人磨拋策略,先用460目的磨片研磨400次,工件去除量為0.08mm;再用3000目的磨片研磨100次,工件去除量為0.02mm;最后用羊毛墊對(duì)工件整體進(jìn)行拋光。在加工過程中,使用2201型表面形貌儀跟蹤工件表面粗糙度(R從加工結(jié)果看出,工件表面粗糙度R4對(duì)加工材料進(jìn)行機(jī)器人研磨拋光法的研究,具有科學(xué)性和不確定性本文獲得的機(jī)器人研磨拋光機(jī)窗有機(jī)玻璃