近年来,随着制造业的发展,人们越来越注重提高产品各方面的性能以及延长产品的使用寿命。在大部分产品中,复杂曲面零件抛磨质量的好坏直接影响着产品的使用性能、稳定性和寿命。但是,目前国内对于复杂曲面零件的抛磨加工,大部分仍然延续着以传统的手工抛磨方式为主。手工抛磨无法保证抛磨过程中型面去除加工的柔顺性与一致性,而且效率很低,废品率高,难以提高抛磨加工质量。随着工业机器人的飞速发展,国内外学者为解决手工操作的弊端,将工业机器人应用到复杂曲面工件的自动化加工中,并对此作了大量研究。本课题以航空叶片型面抛磨加工为主要研究对象,搭建了基于柔顺控制的复杂曲面机器人自动化抛磨装备,并进行了抛磨加工工艺研究与试验验证。主要研究内容如下:(1)复杂曲面机器人自动抛磨加工平台的搭建。利用KUKA KR30-3工业机器人、机器人控制器、计算机、ATI六维力/力矩传感器、砂带磨床等共同搭建了机器人自动化抛磨平台。(2)抛磨加工模型的建立与分析。基于Preston去除理论,建立了材料去除模型并进行了理论研究,分析了加工去除与主要工艺参数(如抛磨压力、磨削速度与驻留时间等)的影响关系;利用MATLAB软件和ANSYS有限元分析软件对模型进行了仿真分析,比对两种分析结果,验证了建立模型的一致性。(3)抛磨加工柔顺性控制的研究与实现。通过力传感器在线检测抛磨力,选用合适的力控制策略,控制机器人的位姿,调整工件与砂带间的接触,实现主动控制抛磨力,保证较恒定的研抛压力进行去除加工,实现主动柔顺性。结合加工工件曲率的变化,选用合理的分区与加工进给量,顺应复杂曲面工件表面曲率的不断变化,实现了自动抛磨过程中的被动柔顺性。(4)轨迹规划与离线编程的实现。针对航空叶片工件的几何型面特点,对抛磨加工区域进行了合理分区,采用等截面方法(截面与被加工曲面相交生成轨迹线)生成抛磨轨迹,并获得了离散的曲面抛磨的加工位置矢量点。完成了机器人自动抛磨平台机构模型和运动模型的建立,通过变换矩阵的推导,对矢量点进行了反求计算,将末端执行关节的运动量以数控代码形式输出,形成离线编程程序,控制机器人的运动。(5)复杂曲面工件的加工验证。利用搭建的机器人自动抛磨平台,进行机器人自动抛磨复杂曲面工件的试验,整理试验所得数据,分析试验结果。试验结果证明了本课题提出的基于柔顺控制的复杂曲面机器人自动抛磨的可行性和有效性。