机器人打磨碳纤维复合材料工艺研究

机器人打磨碳纤维复合材料工艺研究

发表时间：2019-07-22T13:41:11.030Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：肖龙锦[导读] 摘要：碳纤维复合材料(CFＲP)作为目前最先进的复合材料之一，以其密度小、比强度和比模量高等优异的特性被广泛应用于航空航天、交通、建筑、电器等领域。佛山隆深机器人有限公司广东省佛山市 528300摘要：碳纤维复合材料(CFＲP)作为目前最先进的复合材料之一，以其密度小、比强度和比模量高等优异的特性被广泛应用于航空航天、交通、建筑、电器等领域。碳纤维复合材料所具有的诸多优异特性使它已经成为一种不可或缺，同时又不可多得的多功能特种工程材料。碳纤维复合材料由于其优越的性能正被广泛应用于工业领域，为提高打磨该材料的表面质量及改善打磨环境，在工业机器人基础上开

发一自动打磨系统并对打磨工艺进行研究。基于被动柔顺装置(PushcorpAFD71)设计机器人打磨末端执行器，相较于传统打磨工具，它具有恒力输出、力控制稳定简单、响应快等优点。基于此，本文主要对机器人打磨碳纤维复合材料工艺进行分析探讨。关键词：机器人打磨；碳纤维复合材料；工艺研究 1、自动打磨系统自动打磨系统建立在6轴KUKA工业机器人之上，并在机械臂末端装备被动柔顺装置，实现打磨系统的恒力控制及自动磨削，该方式下的打磨系统特点如图1所示。

1.1硬件设置 1.1.1末端执行器集成对于带有力控制系统的末端执行器集成，主要是基于PushcorpAFD71，该设备利用控制接入的压缩空气的气压大小来控制输出的力的大小，通过保持压力的恒定，达到输出力的恒定，该方式具有柔性控制、响应快及控制简单的特点。输出力与气压的关系如下公式所示，其中，Fo单位为N，Ps单位为MPa。 Fo=44.5Ps。气动马达作为一种将压缩空气的压力能转换成旋转的机械能的装置，它具有结构简单、安全防爆;高适应性、温升较小;小体积能够产生高功率;启动扭矩大等特点。基于以上气动马达的优点及打磨复合材料时粉尘较多且需要水冷等特点，选择气动马达作为动力执行器。选择的气动马达(英格索兰4800D)额定功率为

2.83kW，最大转速为9850r/min，额定转速为5250r/min，重6.92kg，转速随通入的压缩空气压力的增大而增加。在机器人打磨系统中，一般选择柔软的打磨工具及游离磨料来补偿由于机器人路径偏差产生的波动。因此，选用橡胶磨轮加植绒砂纸的组合的方式合成打磨头。

1.1.2气路设计末端执行器的柔顺恒力控制器和气动马达需要不一样的气压值且压缩空气的要求也不相同，所以对气路的规划十分必要。气路主要分两路，一路通过调压阀接通油雾器，在气压马达运转的同时给油润滑;另一路压缩空气通往恒力控制器，通过油雾分离器去除油雾，再分别利用精密调压阀及节流阀控制进入恒力控制器的压缩空气的压力大小，从而实现恒力控制器的不同恒力输出。

图2 1.2自动打磨系统的控制模式磨削工艺过程需要机器人较好地贴合待加工表面运动，运动过程中，对待加工表面施加常量的外力，垂直于表面方向为力控制，其他方向为位置控制，使接触区域均匀扫过被打磨抛光表面的外轮廓，实现各处均匀的打磨。图2显示的是机器人程序的位置控制模式和力控制模式。其中，位置控制模式包括移动到P1点、移动到P2点、开启气压马达、移动到P3点、移动到P4点，关闭气压马达;力控制模式包括移动到P1点、开启恒力控制并以垂直工件表面的方式到达P2点、保持恒力移动到P3点、关闭恒力控制并移动到P4点。

2、打磨参数确认及实验在机器人打磨过程中，为了使打磨过程更加平顺，主轴轴线方向和工件表面法方向上的夹角θ宜设置为5°～15°，故取倾角θ值为(5°，10°，15°);参考气动马达额定转速及复合材料本身特性，主轴转速取值不宜过高，主轴转速n取(3000r/min，3500r/min，4000r/min);根据复合材料的材料特性及参考以往研究，机器人移动速度取(20mm/s，30mm/s，40mm/s);PushcorpAFD71输出的力，即正压力取(5N，10N，15N);结合复合材料打磨喷涂工艺，需对表面进行粗磨、半精磨和精磨处理，故砂纸粒度选取(320目，600目，1000目)，打磨过程示意如表1所示。

表1