CN109324566A - 一种多机械臂协同加工大型叶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多机械臂协同加工大型叶片的方法，涉及机械臂加工领域，具体是首先确定被加工对象，分析其尺寸信息和曲率特点，进而将被加工曲面划分为多个加工区域，对划分好的区域分别制作其刀路轨迹，生成nc程序。然后搭建多机械臂加工仿真环境，导入被加工对象的三维模型、夹具的三维模型以及nc程序，进行碰撞检查，碰撞处理。最后生成多机械臂协同加工机器人程序。可以极大的提高大型叶片的加工效率，减小单个机械臂的臂长，提高了其强度和精度。
Description
技术领域
本发明属于机械臂加工技术领域，涉及一种多机械臂协同加工大型叶片的方法。
背景技术
大型叶片一直以来都是一种较难加工的工件，其体积庞大，型面复杂，一般机床加工起来十分困难，并且加工效率很低。近年来机械臂加工技术的逐渐成熟使得复杂曲面的加工得到很大的提升，但是大型叶片体积过大，单个机械臂单工位很难加工整个叶片，若机械臂设置过长则导致其强度不足，进而导致加工精度降低。本发明提出一种多机械臂协同加工大型叶片的方法，有效解决了以上所述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多机械臂协同加工大型叶片的方法，解决了现有技术中存在的大型叶片加工困难和单机械臂加工效率低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种多机械臂协同加工大型叶片的方法主要包括以下步骤：
Step1分析大型叶片的尺寸信息和被加工曲面的曲率特点；
Step2将被加工曲面划分为多个加工区域和nc程序；
Step3分别制作各加工区域的刀路轨迹；
Step4针对该加工对象搭建多机械臂加工仿真环境；
Step5将大型叶片、夹具的三维模型和各加工区域的nc程序导入多机械臂加工仿真环境；
Step6开始仿真并进行碰撞检查和碰撞处理，依据碰撞检查的结果对加工参数和加工工艺进行调整；
Step7综合调整后的加工参数和加工工艺生成多机械臂协同加工大型叶片程序。
进一步的，所述Step1分析大型叶片的尺寸信息即分析大型叶片的最大长度和最大宽度，被加工曲面的曲率特点以曲率云图表示。所述最大长度和最大宽度的具体测量方法如图3所示，取与叶轮直接接触的面S也即最接近平面的一个端截面，取该截面S的两端点即S上距离最大的两个点A、B，连接AB，定义大型叶片上任意平行于AB的线段为叶片某位置处的叶片宽度，最大的宽度定义为该叶片的最大宽度。叶片上任意一点到AB的距离定义为该位置叶片的长度，距离最远的一点到AB的距离定义为该大型叶片的最大长度。
进一步的，所述Step2将被加工曲面划分为多个加工区域具体为根据其曲率云图划分，将曲率云图中颜色单一的连续区域划分为一个区域，以颜色变化较快且不规则的过渡带中的某曲线为区域边界（即过渡带中的部分可划为两侧区域的任一部分），且区域边界可根据区域形状做适当的调整，如边界参差不齐则可将该段边界适当调整的较为圆滑，以利于加工。
进一步的，所述Step3在生成各加工区域的刀路轨迹和nc程序时，设置为五轴曲面加工，其他各参数依据加工工艺要求进行设置。
进一步的，所述Step4针对该加工对象搭建多机械臂加工仿真环境具体如下，首先根据各加工区域的分布情况布局各机械臂的位置，让机械臂的基座处于该机械臂展开后可以完全覆盖其对应加工区域的位置，并且尽量避免机械臂与大型叶片发生干涉，否则如果后面遇到碰撞处理无法解决的碰撞问题时还需要调整基座位置。然后根据大型叶片的尺寸信息和划分后的各加工区域的尺寸信息选定合适臂长的机械臂型号，具体为该机械臂的臂长应满足展开后能覆盖所有的该机械臂对应的加工区域的范围，在臂长满足要求的前提下尽量选择强度较高的机械臂型号。最后根据加工工艺要求选定刀具、建立加工坐标体系。加工坐标体系包括机械臂基座坐标系、刀具坐标系和工件坐标系。
进一步的，所述Step5将大型叶片、夹具的三维模型和各加工区域的nc程序导入搭建好的多机械臂加工仿真环境，设置好相应的坐标位置及各机械臂所负责的加工区域。
进一步的，所述Step6进行碰撞检查和碰撞处理具体如下，同时启动各机械臂进行相应区域的加工仿真，仿真过程中开启碰撞检测，仿真结束生成碰撞图，如果机械臂之间发生碰撞，则对负责加工区域较小的机械臂在碰撞干涉时间段内设定为起刀并暂停。如果机械臂与大型叶片发生碰撞，则调整该段机械臂关节的角度，使其与大型叶片产生一定安全距离。
本发明的有益效果是:
1、极大的提高了大型叶片的加工效率；
2、提高了大型叶片的加工精度。
附图说明
图1为本发明的协同加工仿真过程示意图；
图2为本发明的碰撞检测及处理流程图；
图3为大型叶片尺寸信息说明图。
图中各标号为：1-第一机械臂、2-第二机械臂、3-第一加工区域、4-第二加工区域、5-大型叶片、6-夹具。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图2所示，一种多机械臂协同加工大型叶片的方法，主要包括以下步骤：
Step1分析大型叶片的尺寸信息即分析大型叶片的最大长度和最大宽度，被加工曲面的曲率特点以曲率云图表示。所述最大长度和最大宽度的具体测量方法如图3所示，取与叶轮直接接触的面S也即最接近平面的一个端截面，取该截面S的两端点即S上距离最大的两个点A、B，连接AB，定义大型叶片上任意平行于AB的线段为叶片某位置处的叶片宽度，最大的宽度定义为该叶片的最大宽度。叶片上任意一点到AB的距离定义为该位置叶片的长度，距离最远的一点到AB的距离定义为该大型叶片的最大长度。
Step2将被加工曲面划分为多个加工区域具体为根据其曲率云图划分，将曲率云图中颜色单一的连续区域划分为一个区域，以颜色变化较快且不规则的过渡带中的某曲线为区域边界（即过渡带中的部分可划为两侧区域的任一部分），且区域边界可根据区域形状做适当的调整，如边界参差不齐则可将该段边界适当调整的较为圆滑，以利于加工。
Step3分别制作各加工区域的刀路轨迹，并生成nc程序；在生成各加工区域的刀路轨迹和nc程序时，设置为五轴曲面加工，其他各参数依据加工工艺要求进行设置。
Step4针对该加工对象搭建多机械臂加工仿真环境具体如下，首先根据各加工区域的分布情况布局各机械臂的位置，让机械臂的基座处于该机械臂展开后可以完全覆盖其对应加工区域的位置，并且尽量避免机械臂与大型叶片发生干涉，否则如果后面遇到碰撞处理无法解决的碰撞问题时还需要调整基座位置。然后根据大型叶片的尺寸信息和划分后的各加工区域的尺寸信息选定合适臂长的机械臂型号，具体为该机械臂的臂长应满足展开后能覆盖所有的该机械臂对应的加工区域的范围，在臂长满足要求的前提下尽量选择强度较高的机械臂型号。最后根据加工工艺要求选定刀具、建立加工坐标体系。加工坐标体系包括机械臂基座坐标系、刀具坐标系和工件坐标系。
Step5导入大型叶片、夹具的三维模型和各加工区域的nc程序；将大型叶片、夹具的三维模型和各加工区域的nc程序导入搭建好的多机械臂加工仿真环境，设置好相应的坐标位置及各机械臂所负责的加工区域。
Step6进行碰撞检查和碰撞处理；进行碰撞检查和碰撞处理具体如下，同时启动各机械臂进行相应区域的加工仿真，仿真过程中开启碰撞检测，仿真结束生成碰撞图，如果机械臂之间发生碰撞，则对负责加工区域较小的机械臂在碰撞干涉时间段内设定为起刀并暂停。如果机械臂与大型叶片发生碰撞，则调整该段机械臂关节的角度，使其与大型叶片产生一定安全距离。
Step7生成多机械臂协同加工大型叶片的程序。
实施例2：如图1所示，以图1中的大型叶片为例进一步说明本发明的具体实施过程。分析该大型叶片5的最大长度为2.35m，最大宽度为1.68m，分析其曲率特点并制作曲率云图，发现其上部区域曲率较大，下部曲率较小，故将被加工面划分为两个区域，即图1中所示的第一加工区域3和第二加工区域4。然后分别制作两个加工区域的五轴加工刀路轨迹，并生成nc程序。根据本大型叶片的尺寸信息及区域划分情况进行多机械臂协同加工仿真环境的搭建，第一机械臂1和第二机械臂2的型号都选择为Fanuc-M-900iB-700机械臂，并设定好加工坐标系和各相对位置。将该大型叶片和夹具6的三维模型以及各加工区域的nc程序导入，并设定第一机械臂1负责第一加工区域3，第二机械臂2负责第二加工区域4。然后开始仿真，进行碰撞检查和碰撞处理，具体过程如图2及实施例1中Step6所述。等仿真完成，确定无误后生成多机械臂协同加工机器人程序。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种多机械臂协同加工大型叶片的方法，其特征在于：包括以下步骤：
Step1分析大型叶片的尺寸信息和被加工曲面的曲率特点；
Step2将被加工曲面划分为多个加工区域和nc程序；
Step3分别制作各加工区域的刀路轨迹；
Step4针对该加工对象搭建多机械臂加工仿真环境；
Step5将大型叶片、夹具的三维模型和各加工区域的nc程序导入多机械臂加工
仿真环境；
Step6开始仿真并进行碰撞检查和碰撞处理，依据碰撞检查的结果对加工参数和
加工工艺进行调整；
Step7综合调整后的加工参数和加工工艺生成多机械臂协同加工大型叶片程序。
2.根据权利要求1所述的多机械臂协同加工大型叶片的方法，其特征在于：所述Step1中的尺寸信息包括大型叶片的最大长度和最大宽度，被加工曲面的曲率特点以曲率云图表示，所述最大长度和最大宽度的具体测量方法为，取大型叶片与叶轮直接接触的面S也即最接近平面的一个端截面，取该截面S的两端点即S上距离最大的两个点A、B，连接AB，定义大型叶片上任意平行于AB的线段为大型叶片某位置处的叶片宽度，最大的宽度定义为该大型叶片的最大宽度，大型叶片上任意一点到AB的距离定义为该位置大型叶片的长度，距离最远的一点到AB的距离定义为该大型叶片的最大长度。
3.根据权利要求1所述的多机械臂协同加工大型叶片的方法，其特征在于：所述Step2中加工区域根据曲率云图划分，将曲率云图中颜色单一的连续区域划分为一个区域，以颜色变化不规则的过渡带中的某曲线为区域边界，所述曲线为随机选择。
4.根据权利要求1所述的多机械臂协同加工大型叶片的方法，其特征在于：所述Step3在生成各加工区域的刀路轨迹和nc程序时，设置为五轴曲面加工，其他各参数依据加工工艺要求进行设置。
5.根据权利要求1所述的多机械臂协同加工大型叶片的方法，其特征在于：所述Step4的具体过程如下，首先根据各加工区域的分布情况布局各机械臂的位置，让机械臂的基座处于该机械臂展开后可以完全覆盖其对应加工区域的位置，并且避免机械臂与大型叶片发生干涉，然后根据大型叶片的尺寸信息和划分后的各加工区域的尺寸信息选定合适臂长的机械臂型号，具体为该机械臂的臂长应满足展开后能覆盖所有的该机械臂对应的加工区域的范围，在臂长满足要求的前提下选择强度高的机械臂型号，最后根据加工工艺要求选定刀具并建立加工坐标体系，加工坐标体系包括机械臂基座坐标系、刀具坐标系和工件坐标系。
6.根据权利要求1所述的多机械臂协同加工大型叶片的方法，其特征在于：所述Step6进行碰撞检查和碰撞处理具体如下，同时启动各机械臂进行相应区域的加工仿真，仿真过程中开启碰撞检测，仿真结束生成碰撞图，如果机械臂之间发生碰撞，则对负责加工区域面积较小的机械臂在碰撞干涉时间段内设定为起刀并暂停；如果机械臂与大型叶片发生碰撞，则调整该段机械臂关节的角度，使其与大型叶片产生一定安全距离。
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