復雜模具型面的等離子束表面改性系統(tǒng)及其關鍵技術研究.pdf

1、模具的表面性能直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量和模具的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計，模具80％以上的失效是由表面損傷引起的。根據(jù)結(jié)構及服役條件的不同，模具承受著不同的外加載荷，受力形式極為復雜，而且各種應力主要集中在表面。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、設備和安裝成本較低、對生產(chǎn)環(huán)境要求較低和方便攜帶等特點，用于金屬的表面強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、改性設備主要集中于平面工件或簡單曲面加工處理，對于具有復雜型面的模具表面自動化加工還缺少相應的解決方案。
　　基于以上問題，本文設計研制了一種面向復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，采用六自由度串聯(lián)式機器人作為運動執(zhí)行裝置，配合自主研發(fā)的控制軟件，驅(qū)動等離子槍執(zhí)行三維離線軌跡運動和不同工藝的表面處理。
　　該系統(tǒng)硬件采用工業(yè)控制計算機作為控制中樞，通過數(shù)據(jù)采集卡、電氣控制模塊和網(wǎng)絡通信實現(xiàn)等

3、離子束設備與機器人之間的交互通信和協(xié)同運動。
　　設計研發(fā)離線控制系統(tǒng)以實現(xiàn)設備的離線自動化加工。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的工藝特性，設計了包含運動參數(shù)和工藝參數(shù)的控制文本，自行編寫命令解釋器對其中關鍵字解析，能實現(xiàn)等離子束設備和機器人的實時協(xié)同控制。離線軌跡點處理模塊開發(fā)了路徑生成功能，能根據(jù)CAD模型對加工軌跡的路徑、機器人位姿和等離子束工藝參數(shù)等進行控制和調(diào)

4、節(jié)，并能對軌跡點做仿真校驗。
　　為了確保加工過程的順利執(zhí)行和防止事故的發(fā)生，本文運用機器人的運動學原理對工作空間進行詳細的計算分析，并通過仿真的方式對機器人關節(jié)限位和奇異點進行分析和校驗，從而能夠有效減少關節(jié)限位情況的發(fā)生；提出了一種靈活的工件標定方法，能快速實現(xiàn)不同特征工件的標定，并通過變換歐拉角坐標系的方式改善位姿來規(guī)避奇異點的出現(xiàn)。
　　實體模具的表面強化試驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠?qū)碗s曲面進行有效的等離子束強化處理，