復(fù)雜模具型面的等離子束表面改性系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、模具的表面性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和模具的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，模具80％以上的失效是由表面損傷引起的。根據(jù)結(jié)構(gòu)及服役條件的不同，模具承受著不同的外加載荷，受力形式極為復(fù)雜，而且各種應(yīng)力主要集中在表面。因此，模具表面比內(nèi)部更容易產(chǎn)生損傷。等離子束（Plasma Transferred Arc，PTA）具有能量轉(zhuǎn)化效率高、設(shè)備和安裝成本較低、對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求較低和方便攜帶等特點(diǎn)，用于金屬的表面強(qiáng)化和改性具有很大的優(yōu)越性。然而，現(xiàn)有的等離子束表面

2、改性設(shè)備主要集中于平面工件或簡(jiǎn)單曲面加工處理，對(duì)于具有復(fù)雜型面的模具表面自動(dòng)化加工還缺少相應(yīng)的解決方案。
　　基于以上問題，本文設(shè)計(jì)研制了一種面向復(fù)雜模具型面的等離子束表面改性系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)等離子束的加工工藝特點(diǎn)，采用六自由度串聯(lián)式機(jī)器人作為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置，配合自主研發(fā)的控制軟件，驅(qū)動(dòng)等離子槍執(zhí)行三維離線軌跡運(yùn)動(dòng)和不同工藝的表面處理。
　　該系統(tǒng)硬件采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為控制中樞，通過數(shù)據(jù)采集卡、電氣控制模塊和網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)等

3、離子束設(shè)備與機(jī)器人之間的交互通信和協(xié)同運(yùn)動(dòng)。
　　設(shè)計(jì)研發(fā)離線控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的離線自動(dòng)化加工。該系統(tǒng)主要包括加工控制模塊和離線軌跡處理模塊兩部分。其中加工控制模塊根據(jù)等離子束表面改性技術(shù)的工藝特性，設(shè)計(jì)了包含運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)的控制文本，自行編寫命令解釋器對(duì)其中關(guān)鍵字解析，能實(shí)現(xiàn)等離子束設(shè)備和機(jī)器人的實(shí)時(shí)協(xié)同控制。離線軌跡點(diǎn)處理模塊開發(fā)了路徑生成功能，能根據(jù)CAD模型對(duì)加工軌跡的路徑、機(jī)器人位姿和等離子束工藝參數(shù)等進(jìn)行控制和調(diào)

4、節(jié)，并能對(duì)軌跡點(diǎn)做仿真校驗(yàn)。
　　為了確保加工過程的順利執(zhí)行和防止事故的發(fā)生，本文運(yùn)用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理對(duì)工作空間進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，并通過仿真的方式對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)限位和奇異點(diǎn)進(jìn)行分析和校驗(yàn)，從而能夠有效減少關(guān)節(jié)限位情況的發(fā)生；提出了一種靈活的工件標(biāo)定方法，能快速實(shí)現(xiàn)不同特征工件的標(biāo)定，并通過變換歐拉角坐標(biāo)系的方式改善位姿來規(guī)避奇異點(diǎn)的出現(xiàn)。
　　實(shí)體模具的表面強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠?qū)?fù)雜曲面進(jìn)行有效的等離子束強(qiáng)化處理，