6DOF機(jī)器人銑削NURBS曲面刀具軌跡規(guī)劃及姿態(tài)控制研究

摘要：隨著制造業(yè)的發(fā)展，銑削技術(shù)在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域中占據(jù)了重要地位。為了提高加工效率和加工質(zhì)量，采用6自由度（6DOF）機(jī)器人進(jìn)行銑削已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。NURBS曲面被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因此，在6DOF機(jī)器人銑削NURBS曲面過程中，刀具軌跡規(guī)劃和姿態(tài)控制技術(shù)具有重要作用。本文通過分析現(xiàn)有的研究成果，提出了一種基于NURBS曲面的刀具軌跡規(guī)劃方法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的姿態(tài)控制策略，以實(shí)現(xiàn)高效、精確的銑削加工。

1.引言

隨著工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展，NURBS曲面成為一種重要的曲面描述方法，因其良好的靈活性和可調(diào)性而被廣泛應(yīng)用于造船、汽車制造等領(lǐng)域。6DOF機(jī)器人能夠在多個(gè)自由度上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，靈活性強(qiáng)，成為進(jìn)行復(fù)雜曲面銑削的理想選擇。因此，研究6DOF機(jī)器人銑削NURBS曲面的刀具軌跡規(guī)劃和姿態(tài)控制具有重要的理論和實(shí)際意義。

2.NURBS曲面的刀具軌跡規(guī)劃方法

基于NURBS曲面的刀具軌跡規(guī)劃研究主要包括以下幾個(gè)方面：曲面離散化、切向方向計(jì)算和刀具路徑生成。首先，將NURBS曲面進(jìn)行離散化處理，將曲面表示為離散點(diǎn)的集合。然后，通過計(jì)算切向方向，得到每個(gè)離散點(diǎn)的切向向量，從而確定刀具切向方向。最后，根據(jù)切向方向和刀具半徑，生成切削軌跡。為了提高加工效率和減少加工誤差，可以采用削波技術(shù)，即在刀具徑向方向進(jìn)行微小偏移，以減少銑削表面的突變。

3.基于姿態(tài)控制的刀具軌跡生成

在機(jī)器人銑削NURBS曲面過程中，姿態(tài)控制是至關(guān)重要的。姿態(tài)控制主要包括切削方向控制和刀具角度控制。切削方向控制決定了切割線的方向和切削類型（如順向切削和逆向切削），刀具角度控制則決定了刀具的切削角度。根據(jù)工件表面曲率的變化情況，可以調(diào)整刀具角度，以實(shí)現(xiàn)光滑的切削過程。姿態(tài)控制的目標(biāo)是減小切削力和振動(dòng)，提高切削質(zhì)量和刀具壽命。

4.系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所提出的刀具軌跡規(guī)劃方法和姿態(tài)控制策略的有效性，進(jìn)行了一系列仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)。在仿真實(shí)驗(yàn)中，通過MATLAB軟件對(duì)刀具路徑進(jìn)行仿真，計(jì)算切削力和表面質(zhì)量指標(biāo)，分析了不同刀具軌跡和姿態(tài)控制策略對(duì)加工效果的影響。在實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)中，選取了幾種常見的NURBS曲面作為加工對(duì)象，通過6DOF機(jī)器人進(jìn)行銑削加工，進(jìn)行了工件表面質(zhì)量和精度的測(cè)量。

5.結(jié)論

通過研究NURBS曲面的刀具軌跡規(guī)劃和姿態(tài)控制技術(shù)，在6DOF機(jī)器人銑削NURBS曲面過程中實(shí)現(xiàn)了高效、精確的加工。刀具軌跡規(guī)劃方法能夠生成光滑的切削路徑，減少加工誤差和表面突變。姿態(tài)控制策略能夠調(diào)整切削方向和刀具角度，提高切削質(zhì)量和刀具壽命。通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證，進(jìn)一步驗(yàn)證了所提出方法的有效性。未來的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化刀具軌跡規(guī)劃算法，提高加工效率和精度。

總之，本文研究了6DOF機(jī)器人銑削NURBS曲面的刀具軌跡規(guī)劃和姿態(tài)控制技術(shù)。所提出的方法能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精確的加工，并在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。在未來的制造業(yè)中，這一研究成果將對(duì)銑削工藝的提升和發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用通過研究刀具軌跡規(guī)劃和姿態(tài)控制技術(shù)，本文成功實(shí)現(xiàn)了6DOF機(jī)器人對(duì)NURBS曲面的高效、精確加工。刀具軌跡規(guī)劃方法生成了光滑的切削路徑，減少了加工誤差和表面突變。姿態(tài)控制策略調(diào)整了切削方向和刀具角度，提高了切削質(zhì)量和刀具壽命。系