机械手激光加工平台-项目研究报告

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1、多自由度激光加工机械手的设计项目研究报告浙江工贸职业技术学院2014年5月26日一、项目的背景和意义(2)二、国内外研究现状和发展趋势(3)三、研究开发内容及成果(4)>激光加工机器人简介(5)>用于激光加工机器人的高功率激光器(6)>激光加工机器人基本结构及职能化(12)>激光加工机器人的离线，在线编程方法(14)四、预期目标(19)五、成本效益分析(20)六、下一步发展设想(21)多自由度激光加工机械手研究报告随着激光器技术和机器人技术的不断发展，激光加工机器人技术发展迅速，形成激光标刻，激光切割，激光焊接，激光表面处理，激光快速成型，激光微纳制造等种类繁多的

2、激光加工应用技术，成为先进制造领域最为活跃的技术分支Z一。激光加工平台多口由度机械手是集激光加工技术，数控技术，电了机器人技术于一身的新型加工技术。激光加工是利用高功率激光束，经光学系统聚焦，并将加工工件置于激光束焦点附近，通过激光束与加工工件的相对运动来实现对加工工件的热加工。而普通的激光加工往往只能对一个普通平面进行加工，而且激光的行迹比较单一，无法满足生产需求。而现今的数控加工已经可以对一些复朵曲面，广泛使用三维立体精密加工工艺。但是数控加工的效率和精度有限。建立激光加工平台可以将两者有机结合，使其具冇激光加工特性，又冇数控加工的特性，又有数控加工的特性，达

3、到日常的生产和生活要求。木项口研究口的是将激光器装在多自由度机械手上，并通过计算机程序进行整体的控制，对一些复杂的平而进行柔性加工，满足工业生产需求。一、立项背景及项目的意义当前，激光加工主要指用高功率激光对工业用零件进行切割•焊接.打孔.打标、成型及表面处理•改性掺杂等。工业屮常用的激光有C02:气休激光（波长10.6微米）和YAG固休激光（波长1.06微米）•所谓激光加工的柔性货激光加工头能灵活机动地引导激光束到达零件的待加工位置。从激光加工机床所能加工零件的复杂程度看.又分平面二维和空间三维激光加工。大功率激光三维加工是未來激光加工的发展方向，为了实现激光加

4、工的灵活性，三维激光加工必须采用运动光学系统.大功率三维YAG激光加工系统通常采用机器人（或机器手）配合光导纤维进行光束传输，由机器人挟持着激光头完成各种运动，激光则通过光导纤维传送到激光加工头处，到达工件表面。这种加工系统中，光束的传输和聚焦特性不受加工位置的影响。机器手作为激光柔性加工系统的重要组成部分，其运动状态的稳定性直接影响着加工质量。而对于大功率CO:激光，则是通过一组光学镜片（镜组）进行传输.这些镜组安装在多轴联动（一般是5轴联动）数控加工机床上，激光从激光器发射出来后，经过若干反射镜，传送到激光加工头。随着加工位置的变化，加工机床带动激光加工头运动

5、，结呆使镜片Z间的距离以及激光束的行程不断发生变化，这些变化将影响激光束能量分布和聚焦特性的变化，从而影响了加工过程.口前，这两种加工系统都得到广泛应用•进行三维激光加工离不开计算机程序，编制激光加工的计算机程序主要有示教编程和自动编程两种方式。示教编程就是把持加工的工件，预先摆放在加工工位上，用户操纵示教控制板，把激光加工头移动到工件待加工的位置上，调整好激光加工头相对于工件表面的位置和取向，要求激光束始终垂直于被加工工件表面，然后记录下激光头在该处的数据。这样沿着加工轨迹记录下轨迹线上各点处激光头的数据•取的点越多，加工出來的轨迹越接近理想的加工轨迹线。实际加

6、工时，激光头经过这些离散的点，相邻示教点Z间的加工轨迹由系统按给定的插补方式自动计算出来，形成逼近的连续加工轨迹.这种手工示教编程是一项劳动强度大、效率低的工作，采用门动编程是三维激光加工的必然趋势.口动编程是建立在CAD平台上的CAM系统，可以借助计算机CAD系统生成的工件模型，从中提取出激光加工的轨迹数据，在计算机上进行模拟加工。最后将模拟无误的加工程序送人实际的激光加工机中进行加工。二、国内外研究现状和发展趋势几乎在激光诞生的同时,1962年美国Unimation公司推出首台工业机器人。此后，机器人技术经丿力了一系列不断的发展过程。直到20世纪90年代全球信

7、息化浪潮风起云涌，计算机技术、微电子技术、网络技术和先进制造技术等快速进步,工业机器人技术也得到了飞速发展。它具有重复性精确生产特征，适应制造业中规模化批量生产要求，装配在生产线上代替人工作业，不仅解除了工人的繁复劳动，而11提高了生产质量。它可以流动作业，适应个性化生产需求。目前工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而广泛应用于工业界，国内外形成了一批著名的工业机器人公司。近年来激光技术飞速发展，涌现出可与机器人柔性耦合的光纤传输的高功率工业型激光器。先进制造领域在智能化、自动化和信息化技术方而的不断进步促进了机器人技术与激光技术的结合，特别是汽车产业的发

8、展需求，带