有機(jī)玻璃研拋機(jī)器人自動(dòng)化工藝研究綜述

程慶斌?黎陽(yáng)

摘 要：為了研究有機(jī)玻璃研拋機(jī)器人自動(dòng)化工藝，本文首先介紹了機(jī)器人研磨拋光工藝系統(tǒng)，然后以相關(guān)的理論為基礎(chǔ)得到了工件表面材料研磨拋光去除模型，最后進(jìn)行了試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得到了加工過(guò)程中的各項(xiàng)最佳參數(shù)。本文的研究可以作為有機(jī)玻璃研拋機(jī)器人自動(dòng)化工藝研究過(guò)程中的參考。

關(guān)鍵詞：有機(jī)玻璃；研拋機(jī)器人；去除模型

前言：在玻璃制品生產(chǎn)的過(guò)程中玻璃打磨工藝發(fā)揮著非常重要的作用，玻璃制品的外觀和質(zhì)量都受到玻璃打磨工藝的影響，在玻璃打磨的過(guò)程中主要分為兩種形式的打磨：首先是外觀上的裝飾性打磨。主要包括磨線條、花紋、劃痕、邊緣和倒角；然后是功能性的打磨，主要包括一些重要部件的拋光以及深加工等。在我國(guó)的打磨作業(yè)中主要采用手工打磨的方式進(jìn)行，但是手工打磨的不確定性致使一些不合格品的出現(xiàn)，因此本文在充分了解國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上對(duì)有機(jī)玻璃研拋機(jī)器人自動(dòng)化工藝進(jìn)行

研究。

1.機(jī)器人研磨拋光工藝系統(tǒng)概述

在產(chǎn)品精加工的過(guò)程中為了充分的保證產(chǎn)品的外形和表面質(zhì)量通常采用研磨拋光加工的方式，由于人工操作所具有一些不足，因此越來(lái)越多的人重視研拋機(jī)器人自動(dòng)化工藝的研究。通過(guò)磨拋加工能夠獲得要求的產(chǎn)品外形和理想的表面質(zhì)量，在進(jìn)行磨拋得過(guò)程中很多因素影響加工的品質(zhì)，例如使用的磨拋工具類型、工件材質(zhì)、磨粒粗細(xì)（大小）等；

本文中所采用的研磨工藝系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分組成：六自由度KUKA30—3串聯(lián)機(jī)器人及控制系統(tǒng)，通過(guò)RS232C數(shù)據(jù)接口與工作站（EWS）或個(gè)人計(jì)算機(jī)（Pc）進(jìn)行信息交互傳輸；在機(jī)器人末端安裝六自由度的ATI力/力矩傳感器檢測(cè)研拋過(guò)程中工具與工件表面之間相互作用力的大小，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置輸送到EWS或Pc機(jī)進(jìn)行分析處理，將分析后的信號(hào)發(fā)送給機(jī)器人控制器，保證機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)工具與工件之間的壓力恒定，從而實(shí)現(xiàn)力和位置的混合控制。

圖1 機(jī)器人研拋系統(tǒng)

2.工件表面材料研磨拋光去除模型研究

圖2 單個(gè)磨粒切削材料的過(guò)程圖

作為一個(gè)復(fù)雜的材料去除過(guò)程中，研磨拋光加工過(guò)程主要包括積壓、滑擦、耕犁和切削四個(gè)過(guò)程，如圖2所示，研磨拋光加工過(guò)程主要受到不同條件下磨粒和工件表面的相互作用的影響。國(guó)外相關(guān)學(xué)者對(duì)磨削技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，同時(shí)預(yù)測(cè)了近幾年的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)用相關(guān)理論研究和分析了磨粒去除材料的過(guò)程，同時(shí)建立了有機(jī)玻璃表面研拋加工過(guò)程中材料的去除模型，在建立機(jī)器人研拋系統(tǒng)和選擇工藝參數(shù)、對(duì)研拋路徑合理規(guī)劃的過(guò)程中可以參考這種模型，進(jìn)而在提高加工效率的基礎(chǔ)上保證工件的表面形狀精度。

在實(shí)際研磨拋光的過(guò)程中，拋光工具的轉(zhuǎn)速、研拋壓力和機(jī)器人的進(jìn)給速度等因素都受到時(shí)間的影響，因此隨著時(shí)間的不斷變化研磨拋光的去除深度也在逐漸變化，在實(shí)驗(yàn)中主要使用圓盤形的研磨拋光工具，因此在工具的中心具有較小的線速度，從而去除深度也逐漸減小，在工件表面就具有不太均勻的去除深度。

3.研磨拋光實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1不同加工參數(shù)對(duì)于去除量的影響

實(shí)驗(yàn)在以六自由度KUKA30-3串聯(lián)機(jī)器人平臺(tái)上進(jìn)行，采用有機(jī)玻璃作為工件的材料，其化學(xué)成分主要為聚甲基丙烯酸甲酯；設(shè)定相應(yīng)的研磨拋光壓力和工具轉(zhuǎn)速，同時(shí)確定進(jìn)給速度和加工循環(huán)次數(shù)。

通過(guò)對(duì)有機(jī)玻璃研磨拋光加工過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及觀測(cè)加工后的表面可以總結(jié)出最佳的研磨拋光參數(shù)，進(jìn)而得到相對(duì)較高和均勻的去除量：在研磨拋光工具和工件之間采用3N的壓力，2500轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，15%的機(jī)器人進(jìn)給速度，10次的循環(huán)加工次數(shù)。

3.2加工后結(jié)果分析

加工以后表面粗糙度得到了明顯的提高，通過(guò)直觀觀測(cè)發(fā)現(xiàn)微小變形基本得到了消除，透過(guò)玻璃看到的事物并不存在一定的微觀變形，因此可以得出結(jié)論：本次試驗(yàn)加工的工件滿足了實(shí)際加工的要求，本文中所采取的參數(shù)具有一定的有效性，因此在以后的有機(jī)玻璃研磨加工的過(guò)程中可以參考本文中所設(shè)計(jì)的參數(shù)。

4.總結(jié)

總而言之，本文中的研究以機(jī)器人為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)分析研拋材料和拋光盤的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)建立工件表面材料研磨拋光去除模型，然后進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究和分析可以得到最佳的參數(shù)。作為一種高精度成型加工技術(shù)，采用機(jī)器人自動(dòng)化工藝能夠獲得較高的工件表面粗糙度，同時(shí)不會(huì)影響到工件的表面形狀精度。后續(xù)還需要對(duì)有機(jī)玻璃研拋機(jī)器人自動(dòng)化工藝進(jìn)行更加深入的研究。

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