飞机涡轮发动机叶片的离线编程技术

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1、第四章机器人运动学及离线编程仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l4。1机器人运动学方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l4．1．1机器人正运动学方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．434．1．2机器人逆运动学方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．444．2离线编程仿真．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．464．3本章小结⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．⋯⋯．47第五章机器人运动实验及焊接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．1机器人工具标定⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．495．2机器人运动实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．505．3机器人焊接实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．515．4本章小结．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．⋯．54第六章结论⋯．⋯．⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯．．．．．．⋯⋯．556．1结论⋯．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．556．2不足与展望．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯

3、．55参考文献．．⋯⋯．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．⋯⋯．．57攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6l附录⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．⋯．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．63附录1：焊枪姿态规划程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．63附录2：焊枪坐标系辅助生成检测程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．66致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．69第一章绪论1．1选题意义1．1．1课题提出背景航空产业是关系国家安全及国民经济

4、命脉的战略产业。从建国起，几乎从零开始的新中国航空产业总规模己跃居为世界第二。并且，随着经济的发展，国防设备的不断更新，人们消费水平的提高，及对产品要求的多样性，如私人飞机需求量呈递增状态，中国航空产业经济将继续保持增长趋势。因此，国内拥有前景可观、利润丰厚的巨大维修市场。由于受到关键技术知识的封锁和设备配备等因素的影响，飞机的重要部件仍需要送往国外维修，不仅增加了维修成本，也增加了维修周期。虽然我国的航空业发展迅速，并且在国际市场已具有相当大的影响力，但核心技术水平与欧美等发达国际相比，仍处于落

5、后状态，并且，自主创新能力较低。因此，掌握飞机维修的核心技术，提高维修设备的性能，拥有自主维修产业，对国内整个航空产业，乃至国家的经济及在国际中的地位具有深远的影响与意义。飞机涡轮发动机叶片是飞机发动机的关键部分，其维修也是飞机维修产业的重要组成内容。由于叶片是高速旋转的动部件，并且一般在高温、高压、高载荷等复杂环境下工作，因此，其故障率也是最高的零部件之一。当发动机在高速运转时，叶片受到的离心复合力将高达数万牛顿，尖端位移量变大，与发动机内壁间隙过小。当发动机工作时，气体压力不均衡导致叶片振动，

6、或当发动机转子受到较大的轴向或径向不平衡载荷时，叶片尖端将直接刮蹭发动机内壁，发生磨损。当间隙变大，叶片传动的效率降低，整个涡轮温度大幅升高，缩短发动机服役寿命，最终导致报废。用于制造叶片的金属材料稀少而价格昂贵，对受损叶片进行焊接修复后，不仅延长了服役周期，节约了经济成本，而且提高了其抗腐蚀、抗疲劳、抗冲击的能力。因此，如何实现快速修复发动机叶片，对我国航空业的发展有着至关重要的意义。随着焊接工艺的发展，焊接智能化技术也快速提高，并且应用越来越广泛。使用智能焊接机器人进行焊接，不仅降低了工人的劳

7、动强度，节约了成本，并且更适合在恶劣的环境中工作。由于涡轮是将气流的能量转换为机械能，对于叶片的结构有特殊设计要求，因此对于叶片这种有复杂结构的零件，手工焊无法保证天津工业大学硕士学位论文其修复后的精度。使用弧焊机器人对叶片进行修复时，对焊接机器人的焊接路径进行规划，不仅缩短了维修周期，也提高了焊接精度。因此，随着焊接制造业的飞速发展，加之各种发展因素的迅速推动，焊接智能化技术已经广泛深入制造领域。焊接产品制造的自动化、机器入化和智能化【lj的实现必然为焊接行业的发展趋势。智能化焊接技术已成为焊接

8、界工作者研究的新重点。1．1．2研究意义与目的工业机器人技术【11的研究、开发及应用，特别是焊接机器人在焊接生产中发挥的重要作用，有力地推动了工业技术的发展。据不完全统计，全世界有将近一半的在役工业机器人用于焊接加工，包括汽车制造、工程机械等重要行业。机器人用于执行任务的程序编制有示教编程和离线编程。在线示教的方式需要操纵员手动控制机器人的运动，使工具坐标系原点运动到预定位置，不断重复此项工作并记录机器人的位置姿态及所有示教点的的顺序，之后机器人便可按照提前记录的信息进行重复运动。