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大型水動力裝備在位機器人加工關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

重大裝備是制造強國戰(zhàn)略的重點，水輪機、艦船推進器等大型水動力裝備是重中之重。隨著對單機容量和能量轉(zhuǎn)換效率需求持續(xù)增長，大型水動力裝備重量尺寸大、加工空間受限、精度一致性要求高等特征的出現(xiàn)，給加工方式帶來了新的要求與挑戰(zhàn)。“數(shù)控加工”存在結(jié)構(gòu)與位置形式固定、加工覆蓋區(qū)域有限、可達性低等問題；“人工加工”雖具備靈活性，但存在勞動強度大、工作環(huán)境惡劣、加工精度一致性差等問題。機器人在位加工具有大行程、高柔性和快響應(yīng)等優(yōu)點，可有效解決現(xiàn)有大型水動力裝備“數(shù)控加工”和“人工加工”存在的受限空間復(fù)雜曲面加工區(qū)域小、柔性差、響應(yīng)慢和精度一致性差等問題。但亟待突破受限空間加工軌跡規(guī)劃、多階模態(tài)加工過程控制、敏捷加工可重構(gòu)裝備等關(guān)鍵難題，以實現(xiàn)大型水動力裝備在位高精高效敏捷加工。本成果從受限空間高精加工軌跡規(guī)劃、多階模態(tài)高效加工過程控制、人機協(xié)同敏捷加工工藝裝備三個方面開展研究，提出了機器人“加工剛度-力致誤差”評價指標，發(fā)明了基于排斥勢場的軌跡規(guī)劃方法，研發(fā)了機器人加工多約束規(guī)劃、視覺跟蹤測量與誤差在線補償?shù)溶浻布K，提出了“顫振穩(wěn)定性-切觸面積”高效加工優(yōu)化新方法，研發(fā)了加工余量、切削負載自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，提出了“操作經(jīng)驗知識遷移-知識驅(qū)動可制造性分析”工藝規(guī)劃新技術(shù)，發(fā)明了國際首臺（套）大型水動力裝備在位機器人加工可重構(gòu)裝備，研發(fā)了大型水動力裝備機器人化全流程加工產(chǎn)線，實現(xiàn)多種水輪機轉(zhuǎn)輪和推進器葉片加工效率提升30%以上，水輪機局部加工精度最高可達±0.1mm。圖1 機器人加工軟件圖2 大型水輪機轉(zhuǎn)輪的機器人在位修復(fù)加工系統(tǒng) 圖3 大型艦船用螺旋槳機器人在位加工系統(tǒng)

華中科技大學 2023-04-19

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