居多柱

摘要：為保證鑄件切割打磨機(jī)器人工作臂關(guān)鍵部件強(qiáng)度和零件材料選擇的合理性，運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)鑄件切割打磨機(jī)器人工作臂關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，有限元分析結(jié)果表明：砂輪切削打磨裝置進(jìn)行曲面切削打磨，承受左三向力極限載荷時(shí)，最大位移變形量為0.29332mm，發(fā)生在打磨頭;最大等效應(yīng)力為85.45MPa，發(fā)生在打磨頭與打磨頭固定位置左上側(cè)，即結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度滿足砂輪切削打磨裝置工作要求，為鑄件切割打磨機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核提供了參考。

Abstract： In order to ensure the rationality of the strength and material selection of the key components of the working arm of the casting cutting and grinding robot， the static analysis of the key components of the working arm of the casting cutting and grinding robot was carried out by using ANSYS Workbench software. The results of the finite element analysis show that the maximum displacement deformation of the grinding wheel cutting and grinding device is 0.29332 when it is subjected to the limit load of the left three-way force The maximum equivalent stress is 85.45MPa， which occurs at the upper left side of the fixed position between the grinding head and the grinding head， that is， the structural strength and stiffness meet the working requirements of the grinding wheel cutting and grinding device， which provides a reference for the structural design and strength check of the casting cutting and grinding robot.

關(guān)鍵詞：切割打磨機(jī)器人;混聯(lián)結(jié)構(gòu);TRIZ;有限元

Key words： cutting and grinding robot;hybrid structure;TRIZ;finite element analysis

中圖分類號(hào)：TO242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0052-02

0? 引言

近年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)迅速發(fā)展，促進(jìn)了加工制造產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化程度的提高。對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，在加工制造時(shí)對(duì)產(chǎn)品的表面精度有著較高要求，為適應(yīng)這些要求，通常在眾多的加工工序中往往會(huì)安排光整加工，而磨削加工即是提高工件表面質(zhì)量的重要加工方法之一[1]。謝同雨[2]等設(shè)計(jì)了一種由多個(gè)模塊構(gòu)成的蛇形管道打磨機(jī)器人，驗(yàn)證了蛇形管道打磨機(jī)器人的通過(guò)性并得出機(jī)器人在管道內(nèi)部前行的最佳匹配。許家忠[3]等針對(duì)復(fù)合材料工件表面打磨的機(jī)器人主動(dòng)柔順恒力控制問(wèn)題，提出一種基于位置控制的自適應(yīng)阻抗控制方案。崔國(guó)華[4]等設(shè)計(jì)了一種新型的自行走式端口打磨機(jī)器人并進(jìn)行了力學(xué)分析。朱偉[5]等設(shè)計(jì)了一種3轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的3SPS+S仿腕關(guān)節(jié)柔性并聯(lián)打磨機(jī)構(gòu)，建立了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程，并得到了柔性支鏈變形量與動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)的關(guān)系。

針對(duì)工業(yè)產(chǎn)品表面質(zhì)量的提高，本文基于TRIZ創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論[6]（Theory of the Solution of Inventive Problems）設(shè)計(jì)出一款鑄件切割打磨機(jī)器人混聯(lián)工作臂，并運(yùn)用ANSYS Workbench有限元軟件[7]對(duì)工作臂切削打磨裝置進(jìn)行靜力學(xué)分析。

1? 鑄件切割打磨機(jī)器人工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)TRIZ理論發(fā)明原理5組合原理，將鑄件切割打磨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)（并聯(lián)工作臂）再組合一個(gè)串聯(lián)機(jī)構(gòu)（可旋轉(zhuǎn)的切削打磨裝置），構(gòu)成混聯(lián)工作臂，如圖1所示。

2? 切削打磨裝置有限元分析

2.1 前處理設(shè)置

運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)機(jī)器人混聯(lián)工作臂切削打磨裝置進(jìn)行有限元分析，將切削打磨裝置STEP格式文件導(dǎo)入靜力學(xué)模塊中建立耦合關(guān)系，如圖2所示。

2.1.1 材料參數(shù)設(shè)置

切削打磨裝置末端工具采用金剛石磨料和樹脂結(jié)合劑組成砂輪，其他材料采用牌號(hào)為ZG230-450（GB）的鑄鋼，其材料參數(shù)如表1所示。

2.1.2 網(wǎng)格劃分

采用全局網(wǎng)格控制和參數(shù)設(shè)置方式，在Mechanical Modeler界面中對(duì)機(jī)器人切削打磨裝置進(jìn)行細(xì)化，得到網(wǎng)格劃分圖，如圖3所示。

2.2 靜力學(xué)分析結(jié)果

砂輪切削打磨裝置進(jìn)行曲面切削打磨時(shí)，承受左三向力極限工況設(shè)置如圖4所示，求解結(jié)果如圖5所示。

由圖5（a）的可知，砂輪切削打磨裝置進(jìn)行曲面切削打磨，承受左三向力極限載荷時(shí)，最大位移變形量為0.29332mm，發(fā)生在打磨頭;由圖5（b）可知，極限載荷下的最大等效應(yīng)力為85.45MPa，發(fā)生在打磨頭與打磨頭固定位置左上側(cè)，且砂輪切削打磨裝置進(jìn)行曲面切削打磨，承受左三向力極限載荷時(shí)最大等效應(yīng)力小于材料許用應(yīng)力，故裝置工作安全，材料選擇合理。

3? 總結(jié)與展望

本文運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)鑄件切割打磨機(jī)器人工作臂關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，確保機(jī)器人混聯(lián)工作臂進(jìn)行切削打磨工作時(shí)工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)安全可靠，為鑄件切割打磨機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核提供參考。

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