机器人铣削压铸件毛边的方法.DOC

机器人铣削压铸件毛边的方法与实验研究 郭毅伟，徐开怀，管晓东，庞 浜，席文明* （厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361005） 摘要：将机器人用于压铸件产品加工中，需要解决加工轨迹由软件生成, 建立具有一致性的虚拟模型空间与实际模型空间等技术。采用机器人及其末端的标定工具，获得机器人与工作台、机器人与刀架之间的变换矩阵，从而建立虚拟模型空间和实际模型空间的一致性。然后，利用CAM软件生成加工工件的刀具轨迹，通过后处理方法将刀具轨迹转换成机器人加工轨迹。最后，对生成的轨迹点进行转换，形成工件绕刀具平动的虚拟加工轨迹。实验结果表明，与理论加工轨迹相比，实际加工轨迹形成了2 mm左右的系统误差，该误差由机器人零位误差和本体几何误差产生，通过缩放工件模型来产生轨迹，可以有效消除系统误差。消除系统误差后的加工精度可以达到±0.1 mm，满足压铸件去除毛边的加工要求。 关键词：机器人加工；压铸件；毛边；平动；虚拟轨迹 中图分类号：TP 24 文献标志码：A  机器人加工是新的成型技术，广泛应用于压铸件毛边去除、焊缝后处理、产品雕刻与非金属模具加工、制孔和复杂曲面磨削中[1-6]。将机器人用于产品加工中，需要解决加工轨迹自动生成、虚拟模型空间与实际模型空间一致性建立等技术。 传统的示教方法产生的轨迹无法满足加工精度要求，并且示教方法效率低，无法在短时间内产生大量的加工轨迹点。当前，机器人系统没有专用的CAM软件，已有的机器人离线编程软件可以进行轨迹运动仿真，但无法自动产生机器人的加工轨迹点。一个解决方法是利用待加工工件的3D模型表面上的面片端点构成加工轨迹点的位置，3D模型面片的法矢量构成轨迹点的姿态[7-9]。机器人的加工轨迹由软件产生，当虚拟模型空间与实际模型空间不一致，将导致虚拟模型空间中的轨迹点向实际模型空间映射的误差，该误差将叠加到加工轨迹点上，导致低的加工精度[10-12]。建立虚拟模型空间与实际模型空间一致性的方法是将标定块安装在机器人的末端，利用机器人的测量功能，计算机器人与工作台、机器人与刀架之间的变换矩阵，然后利用计算的变换矩阵调整虚拟模型空间中的工作台模型、刀架模型的位置与姿态，从而使得实际机器人到工作台的变换矩阵与机器人模型到工作台模型的变换矩阵相同，实际机器人到刀架的转换矩阵与机器人模型到刀架模型的变换矩阵相同。 在机器人应用中，TCP（Tool Center Point）常用一个坐标系表示，可理解为机器人的工具标系原点。它固定在机器人末端工具的中心点处，在机器人作业时，TCP依次与轨迹点重合，驱动机器人的末端工具沿轨迹点运动。当工具固定在机器人末端，而待加工工件固定在机器人工作空间中时，形成工具在手系统。当待加工工件固定在机器人末端，而工具固定在机器人工作空间中时，形成工件在手系统。对于工件在手系统，需要转换原有工件上的轨迹点，形成机器人工作空间中的虚拟轨迹点，从而将工件在手系统转换成工具在手系统，当机器人末端的TCP沿虚拟轨迹运动时，工件上的原有轨迹点能够沿机器人工作空间中的一个固定点运动。 本文首先建立虚拟模型空间与实际模型空间的一致性理论模型，其次，在机器人工作空间中的刀架上设置一个固定点，在设置TCP的初始位置时，TCP坐标系与该固定点重合。以该固定点为基准对工件上的原有轨迹点进行映射，形成机器人工作空间中的虚拟轨迹点。再其次，利用Fanuc（日本，Fanuc公司）机器人的仿真软件RoboGuide对产生的虚拟轨迹进行仿真，验证本文提出方法的正确性，最后，将仿真的机器人虚拟轨迹下载到机器人控制器中，对压铸件的毛边进行铣削加工。 1一致性建立及虚拟轨迹生成方法 1.1 一致性建立 机器人的加工轨迹在软件中产生，需要建立虚拟模型空间与实际模型空间的一致性，消除虚拟模型空间中的轨迹点映射到实际模型空间中的误差。 图1中，虚拟模型空间中机器人模型、工作台模型和刀架模型的坐标系分别为∑x0y0z0、∑xnynzn和∑xTyTzT。实际模型空间中，机器人、工作台和刀架的坐标系分别是∑X0Y0Z0、∑XnYnZn和∑XTYTZT。由于机器人、工作台和刀架等在实际安装和制作时都存在误差，导致实际空间中机器人、工作台和刀架的位置姿态和虚拟模型空间中的不一致。图1虚拟模型空间中，JT1表示机器人模型坐标系与工作台模型坐标系的变换矩阵，机器人模型坐标系与刀架模型坐标系之间的变换矩阵为JT2，工作台模型坐标系与刀架模型坐标系之间的变换矩阵是JT3。实际空间中，机器人坐标系与工作台坐标系之间的变换矩阵是J1，机器人坐标系与刀架坐标系之间的变换矩阵是J2，工作台坐标系和刀架坐标系之间的变换矩阵是J3 。 要建立虚拟模型空间与实际模型空间的一致性，需建立以下的关系