有機玻璃研拋機器人自動化工藝研究綜述

程慶斌?黎陽

摘 要：為了研究有機玻璃研拋機器人自動化工藝，本文首先介紹了機器人研磨拋光工藝系統，然后以相關的理論為基礎得到了工件表面材料研磨拋光去除模型，最后進行了試驗，并對試驗結果進行分析得到了加工過程中的各項最佳參數。本文的研究可以作為有機玻璃研拋機器人自動化工藝研究過程中的參考。

關鍵詞：有機玻璃；研拋機器人；去除模型

前言：在玻璃制品生產的過程中玻璃打磨工藝發揮著非常重要的作用，玻璃制品的外觀和質量都受到玻璃打磨工藝的影響，在玻璃打磨的過程中主要分為兩種形式的打磨：首先是外觀上的裝飾性打磨。主要包括磨線條、花紋、劃痕、邊緣和倒角；然后是功能性的打磨，主要包括一些重要部件的拋光以及深加工等。在我國的打磨作業中主要采用手工打磨的方式進行，但是手工打磨的不確定性致使一些不合格品的出現，因此本文在充分了解國內外研究的基礎上對有機玻璃研拋機器人自動化工藝進行

研究。

1.機器人研磨拋光工藝系統概述

在產品精加工的過程中為了充分的保證產品的外形和表面質量通常采用研磨拋光加工的方式，由于人工操作所具有一些不足，因此越來越多的人重視研拋機器人自動化工藝的研究。通過磨拋加工能夠獲得要求的產品外形和理想的表面質量，在進行磨拋得過程中很多因素影響加工的品質，例如使用的磨拋工具類型、工件材質、磨粒粗細（大小）等；

本文中所采用的研磨工藝系統如圖1所示，該系統主要有以下幾個部分組成：六自由度KUKA30—3串聯機器人及控制系統，通過RS232C數據接口與工作站（EWS）或個人計算機（Pc）進行信息交互傳輸；在機器人末端安裝六自由度的ATI力/力矩傳感器檢測研拋過程中工具與工件表面之間相互作用力的大小，通過信號轉換傳輸裝置輸送到EWS或Pc機進行分析處理，將分析后的信號發送給機器人控制器，保證機器人末端運動工具與工件之間的壓力恒定，從而實現力和位置的混合控制。

圖1 機器人研拋系統

2.工件表面材料研磨拋光去除模型研究

圖2 單個磨粒切削材料的過程圖

作為一個復雜的材料去除過程中，研磨拋光加工過程主要包括積壓、滑擦、耕犁和切削四個過程，如圖2所示，研磨拋光加工過程主要受到不同條件下磨粒和工件表面的相互作用的影響。國外相關學者對磨削技術的研究現狀進行了研究，同時預測了近幾年的發展趨勢，運用相關理論研究和分析了磨粒去除材料的過程，同時建立了有機玻璃表面研拋加工過程中材料的去除模型，在建立機器人研拋系統和選擇工藝參數、對研拋路徑合理規劃的過程中可以參考這種模型，進而在提高加工效率的基礎上保證工件的表面形狀精度。

在實際研磨拋光的過程中，拋光工具的轉速、研拋壓力和機器人的進給速度等因素都受到時間的影響，因此隨著時間的不斷變化研磨拋光的去除深度也在逐漸變化，在實驗中主要使用圓盤形的研磨拋光工具，因此在工具的中心具有較小的線速度，從而去除深度也逐漸減小，在工件表面就具有不太均勻的去除深度。

3.研磨拋光實驗結果分析

3.1不同加工參數對于去除量的影響

實驗在以六自由度KUKA30-3串聯機器人平臺上進行，采用有機玻璃作為工件的材料，其化學成分主要為聚甲基丙烯酸甲酯；設定相應的研磨拋光壓力和工具轉速，同時確定進給速度和加工循環次數。

通過對有機玻璃研磨拋光加工過程中的實驗數據進行分析以及觀測加工后的表面可以總結出最佳的研磨拋光參數，進而得到相對較高和均勻的去除量：在研磨拋光工具和工件之間采用3N的壓力，2500轉的轉速，15%的機器人進給速度，10次的循環加工次數。

3.2加工后結果分析

加工以后表面粗糙度得到了明顯的提高，通過直觀觀測發現微小變形基本得到了消除，透過玻璃看到的事物并不存在一定的微觀變形，因此可以得出結論：本次試驗加工的工件滿足了實際加工的要求，本文中所采取的參數具有一定的有效性，因此在以后的有機玻璃研磨加工的過程中可以參考本文中所設計的參數。

4.總結

總而言之，本文中的研究以機器人為實驗平臺，通過分析研拋材料和拋光盤的運動速度來建立工件表面材料研磨拋光去除模型，然后進行了試驗，通過對試驗結果進行研究和分析可以得到最佳的參數。作為一種高精度成型加工技術，采用機器人自動化工藝能夠獲得較高的工件表面粗糙度，同時不會影響到工件的表面形狀精度。后續還需要對有機玻璃研拋機器人自動化工藝進行更加深入的研究。

參考文獻：

[1]謝哲東.微小研拋機器人開放式控制系統研究[J].機械制造，2007，45（7）：56-58.

[2]劉啟童.大型曲面自適應研拋機器人運動學仿真[J].機械設計與制造，2011，26（4）：32-36.

[3]劉廣保.有機玻璃研拋機器人自動化工藝研究[J].機械設計與制造，2012，26（8）：32-36.