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1、山东理工大学硕士学位论文一种切削加工机器人模块化结构设计及加工轨迹仿真姓名：王成申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：王效岳20050510山东理工大学硕士学位论文A B S T R A C TA b s t r a c tT h eh i s t o r yo fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ta b o u tt h en u m e r i c a lc o n t r o l ( N C ) m a c h i n et o o la n di n d u s t r yr o b o t sh a sb e e nf o ro
2、 v e r5 0y e a r s A l t h o u g hm a n ya c h i e v e m e n t sh a v eb e e nm a d ea n dn e wt y p e so fN Cm a c h i n et o o la sw e l la se q u i p m e n ta r ed e v e l o p e di n c r e a s i n g l y , al o to fp r o b l e m ss t i l lr e m a i nu n s o l v e d T h ep r o b l e m su n s o l v
3、e da r ep o i n to u tb ya n a l y z i n gt h es i t u a t i o no ft h em a c h i n i n ge q u i p m e n tu s i n gi nm e c h a n i c a li n d u s t r y I nt h ed i s s e r t a t i o n ，an e wt y p eo fm a c h i n i n gr o b o tb a s e do ns e r i a l sm e c h a n i s mi ss t u d i e ds y s t e m a
4、t i c a l l y T h em a i nr e s e a r c hi nt h i sd i s s e r t a t i o ni sa sb e l o w ：1 O nt h eb a s eo fa n a l y z i n gt h er e a s o n so fc o n v e n t i o n a la r t i c u l a t er o b o t sp o o rs t i f f n e s sa n dl o wk i n e t i ca c c u r a c y , t h ea u t h o rs u c c e s s f u
5、 l l yd e s i g n san e ws e r i a l sm a c h i n i n gr o b o tt h a tu s e sb l o c k i n gm e t h o da n dd e v e l o p sf i v et y p e so ff u n d a m e n t a lf u n c t i o n a lm o d u l e s W i t hm o d u l es t r u c t u r e d i f f e r e n tk i n d so fm a c h i n i n gr o b o tC a l lb ea
6、s s e m b l e dr a p i d l ya c c o r d i n gt ot h eo b j e c t st ob em a c h i n e d M a i nm o d u l ed e t a i l sa l ed e s i g n e d H e n c e n o to n l yi st h ef l e x i b i l i t yo f t h i sm a c h i n i n gr o b o tt h es a m ea st h a to fr o b o t ，b u ta l s oi t ss t i f f n e s si
7、sa sh i g ha st h a tm a c h i n et 0 0 1 I tC a ns a t i s f ye s p e c i a l l yt h ed e m a n df o rm a c h i n i n ga n dm e a s u r i n gt h et h r e e - d i m e n s i o n a lf i e es u r f a c e O nb a s eo ft h ec o o r d i n a t ea l t e r n a t i o nt h e o r y , t h er e l a t i n gm a t r
8、 i xm a c h i n i n gt h e o r yf o rt h em a c h i n i n gr o b o ti sd e s c r i b e d T h em a c h i n i n ga l g o r i t h m sf o rc o m m o ns u r f a c e sa r es t u d i e d 2 A D A M Si so n eo f f a m o u sv i r t u a lp r o t o t y p ea n a l y t i cs o f t w a r e ，P r o E n g i n e e ri s
9、o n eo f t b em o s tp o p u l a r C A D C A M s o f t w a r e T h r o u g h t h e m o d u t e o f M e c h a n i s m P r o d r a w i n g s i nP m Ec 矗nb et r a n s f e r r e di n t oA D A M Sw i t h o u tl o s i n g T h ea r t i c l em a k e sm o d e lf o rt h em a c h i n i n gr o b o tb yP r o Ea
10、n dt h em a c h i n i n gp r o c e s sb yt h ee n dm i l l i n gc u t t e ri ss i m u l a t e db yA D A M S ，T h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h em a c h i n i n gr o b o td e v e l o p e di sr e l i a b l ea n dt h a tt h em a c h i n i n gt h e o r yo f r e l a f i o nm
11、a t r i xa n de v e r ym a c h i n i n ga l g o r i t h mi sc o r r e c t , w h i c hs e t su paf i r mf o u n d a t i o nf o rc o n t r o la n dn u m e r i c a lc o n t r o lp r o g r a m K a y w o r d s ：M a c h i n i n g t o o l ，I n d u s t r yr o b o t ，B l o c k i n gd e s i g n ，M a c h i n i
12、 n g t h e o r y o f r e l a t i n g m a t r i xS i m u l a t i o n独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：1 I 以时间：2 0 0 占年f 月t O M关于论文使用授权的说明本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校
13、有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅：学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名： l 时间：w 。r 年 月I o R导师鼢刁扣专帆许多刖同1 1 引言第一章绪论先进的技术装备与先进的制造技术在国民经济中起着重要的作用。随着科学技术的迅猛发展，特别是机械技术与微机技术的紧密结合，使现代制造技术和制造系统向着高度的自动化、集成化和智能化的方向发展。由于批量小，改型频繁，零件形状复杂，精度要求高，所以采用专用性很强的自动化机床加工这类零件就显得很不合理，
14、甚至不可能。为了不断地满足市场需要，产品要不断更新，“剐性”自动化生产设备在当今已不能满足要求。于是数控( N u m e r i c a lC o n t r 0 1 )技术和计算机数控( C o m p u t e r i z e dN u m e r i c a lC o n t r 0 1 ) 技术就应运而生了，随着C N C 技术的发展，出现了各种C N C 机床。机器人是人类社会实现高效高速柔性自动化生产的纽带。多连杆机构和数控机床的发展和应用为机器人技术打下重要基础。工业机器人和数控机床在运动控制和可编程上是很相似的。尽管复杂一些的数控机床也带有能进行搬运和定位的工业机器人( 机
15、械手) ，但是工业机器人通常在抓握、操纵、定位对象物时比传统的数控机床更灵巧，在诸多工业生产领域里有更广泛的用途。当把工业机器人的末端执行机构更换为刀具时，在某种程度上这种工业机器人类似数控机床。例如，日本的浅川直纪、竹内芳美等人利用现有的传统工业机器人进行研磨、刮研、磨削、去毛刺等机械加工作业，由于其原理和机构采用了原有的机器人形式，因此把机器人的优点( 柔性好) 和缺点( 刚性差、运动精度低) 毫无保留地继承下来I lJ 。切削加工机器人是将机器人技术和机床技术相结合的一种新型加工设备，该设备具有占地面积小、加工灵活性高等优点，在复杂曲面加工中具有很大的应用潜力。国内外学者在该领域做了许多
16、尝试性的工作，并取得了一定的成果。目前该类设备主要是在现有的工业机器人结构的基础上进行简单的二次开发，其应用仍有一定的局限性。1 2 国内外数控机床发晨概况第二次世界大战后，美国为了革新飞机制造业中用于仿形机床上的靠模和样件加工设备，开始研制新型机床j1 9 5 2 年美国派尔逊斯公司( P r s o n sC o r p o r a t i o n ) 和麻省理工山东理工大学硕士学位论文第一章绪论学院伺服机构实验室( S e r v eM e c h a n i s m sL a b o r a t o r yo ft h eM I n 合作研制成功了世界上第一台三坐标数控铣床，其插补装置采用脉动冲乘法器，整个装置由真空管组成，这是第一代数控机床。此后，数控机床的发展日新月异。前三代数控机床的数控系统分别以使用晶体管、印刷电路扳和小规模集成电路为标志，数控系统的可靠性进一步提高。上述控制系统都是硬接线控制系统，称为普通数控系统，即N C ( N u m e r i c a lC o n t r 0 1 ) 。随着计算机
