面向汽车覆盖件模具快速开发的金属喷涂机器人研究

第38卷　第11期2004年11月

西　安　交　通　大　学　学　报

JOURNALOFXI′ANJIAOTONGUNIVERSITY

Vol.38　№11Nov.2004

面向汽车覆盖件模具快速开发的金属喷涂机器人研究

何仲　,卢秉恒,朱东波,王伊卿,洪　军

(西安交通大学机械工程学院,710049,西安)

摘要:提出了一种新型的机器人手腕机构和基于STL(Stereolithography)模型分层数据的运动控制技术,在

此基础上,研制了基于金属电弧喷涂和电刷镀技术的快速制模工业机器人.该机器人为5自由度直角坐标型结构,手腕采用了通过特别设计的一个连杆机构,当利用该手腕机构调节电弧喷枪的姿态时,喷枪工作点的空间位置会保持不变,因此解决了在传统机器人中姿态调节机构与位置机构存在的非线性运动耦合的问题.机器人以模具STL模型的分层数据作为控制系统的输入,无需人工编程即可自动完成金属电弧喷涂和电刷镀模具制造工艺.在汽车新车型开发和样车试制中,应用该机器人制作覆盖件模具,可以显著降低开发成本,缩短试制周期.

关键词:汽车覆盖件模具;金属电弧喷涂机器人;手腕机构;运动控制中图分类号:TP24212;TG305　文献标识码:A　文章编号:0253-987X(2004)11-1173-05

NovelMetalArcSprayingRobotforRapidToolingofLarge2Sized

AutomobileBodyPanelDies

HeZhongyun,LuBingheng,ZhuDongbo,WangYiqing,HongJun

(SchoolofMechanicalEngineering,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,China)

Abstract:Acreativerobotwristconsistingoflinkmechanismsandanovelrobotmotioncontrolmethodbasedoncross2sectionalvectorcontoursofSTL2formattedmodelwasproposed.Byusingthewristandthecontrolmethod,anindustrialrobotoffivedegreesoffreedomforrapidtoolingbyusingmetalarcsprayingandelectricbrushplatingtechniqueswasdeveloped.Thewristoftherobotincludingaspecialdesignedlinkmechanismcanmaintainthepositionofthesprayingpointonthesurfaceofthemasterpatternwhateveralternatingtheorienta2tionofthegun.Thereforethekinematicnonlinearcouplingbetweenthepositionmechanismandorientationmechanismoftraditionalrobotcanbeavoided.TheonlyinputofthecontrolsystemistheSTL2formatted3D

CADmodelofthepattern.Withoutanymanualprogramming,themetalarcsprayingandbrushplating(ifnec2essary)http://ingthisrobotsysteminnewcardevelopmentandtrialproduction,thecostandlead2timecanbereducedsub2stantiallyascomparedwiththeconventionaltoolmakingmethod.

Keywords:automobilebodypaneldies;metalarcsprayingrobot;wristmechanism;motioncontrol

　　汽车样车试制模具(覆盖件简易模具)的制造直接决定着新车型开发的成本和周期.但是,在国内外覆盖件金属模具的主流制造技术中,如消失模铸造技术、大型精密数控铣削加工技术、高速数控铣削加工技术等,由于存在着生产周期长、费用高的问题,

因此难以满足样车试制和小批量生产的要求.目前,国内外都在寻求成本低、周期短的覆盖件模具试制技术,根据材料与制作方法的不同,这些覆盖件模具

收稿日期:2004-03-31.　作者简介:何仲　(1967～),男,博士生;卢秉恒(联系人),男,教授,博士生导师.　基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2001AA421270);国家科技攻关“十五”计划专项经费重点资助项目(2001BA203B10-01).

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可分为树脂模具、金属喷涂模具、低熔点合金铸造模

具,以及基于层叠法制造的薄钢板层叠模具和高密度混泥土模具(模具的工作表面为金属粉强化聚合物)等[1-3].在这些覆盖件模具的制造方法中,近年来发展起来的金属电弧喷涂制模方法对于大中型模具的制造在周期和成本方面具有很大的优势,并且模具工作表面具有较好的强度、硬度和耐磨性,因此是制造汽车覆盖件试制模具的一种较为理想的方法[4].

本文提出了一种新型的机器人手腕机构和基于STL模型分层数据的运动控制技术,在此基础上研制了基于金属电弧喷涂和电刷镀技术的快速制模工业机器人.此外,还介绍了利用该机器人系统快速制造汽车覆盖件喷涂模具的一个实例.

温度提供了涂层温度信息,控制系统采用工业PC机加运动控制卡的开放式数控结构模式,运动控制器主控芯片采用DSP(DigitalSignalProcessor),控制系统为主从式控制结构,工控机负责人机交互接口的管理、分层数据处理和控制系统的实时监控等工作.由下位机运动控制器来完成控制(运动量和非运动量)的所有细节,这样工控机与运动控制器上的DSP就共同构成了双CPU控制系统的硬件结构

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1　制模工艺与电弧喷涂制模系统

的构成

金属电弧喷涂快速制模是一种复形法制模技术,它以一个实物模型(或称为原型)作为母模,以电弧为热源,通过高速气流将熔融状态的金属材料雾化,并使其喷射、沉积在母模表面上,形成一定厚度的致密金属涂层.涂层拷贝了原型的形状,获得了所需的模具型腔,在完成补强、脱模、抛光等后处理工艺后,即可完成模具的快速制造.母模可以是快速原型或过渡模型,以及产品实物或通过高速数控加工得到的木材、石膏等非金属模型.电刷镀技术作为一种可选的后处理工艺,可以在模具工作表面刷镀强化涂层[5].

金属电弧喷涂快速制模工艺需要控制2类参数:①对运动参数的控制,主要是对电弧喷枪(或镀笔)的位姿和轨迹控制;②对电弧喷涂(或电刷镀)工艺参数的控制,即对非运动量的控制.电弧喷涂工艺参数主要包括:喷涂电压、电流、空气压力、喷涂距离和喷枪运动速度等.电刷镀工艺参 …… 此处隐藏：5434字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……