3.1 机器人自主磨抛系统概况

对于磨抛加工，目前主要的方式有普通磨床、专用磨床、数控磨抛机床及机器人柔性磨抛加工系统。占据技术主流的仍然是磨床类磨抛方法。

国外的磨床技术发展十分迅速，尤其是美国在这方面起步比较早，并且依托Carborundum、Norton、3M 等公司研制了多种磨床，并把它们应用在汽车车身和发动机关键零件的生产线，大幅度提高了加工质量和效率。德国从20世纪中期至今一直致力于砂带磨床的研究与应用，其LORSER公司生产的内、外圆磨床都具有相当高的技术含量。在国内，磨床技术研究起步较晚，但是发展较为迅速，重庆三磨海达磨床有限公司研制出了2M55200-6NC数控叶片砂带磨床，该系列磨床针对内圆系列、外圆系列、强力磨抛及异形面加工效率较高。但普通磨床主要依靠人工，成品率低，工作环境差，劳动强度大，目前仅存在于一些小作坊，趋于淘汰；而专用磨床适合批量生产；数控磨抛机床成本高，通用性差。

由此可见，传统的磨床技术还存在设备的适用范围小、加工精度不高等很大的缺陷。伴随着快速发展的新技术，磨抛加工技术的发展也面临了新的机遇和挑战，尤其是与智能机器人的结合，极大地增加了系统的智能化，其柔韧性也极大地增加，并且在后期还能够按照人们的需求进行相应的功能扩展，整个系统都是由通用设备组装而成的。目前，针对机器人磨抛系统，主要研究方向集中在提高加工过程的柔性和加工精度等方面。

机器人磨抛加工是一种应用范围很广的加工方式，它有以下优势：加工精度高，能加工的材料范围大，生产效率高，可以实现生产过程的自动化。机器人磨抛加工就是采用磨抛装备进行自动化磨抛，对不同的磨抛工件、磨抛工具、磨抛方式及技术进行研究，搭建满足应用需求的机器人磨抛系统。磨抛加工时，机器人沿着提前规划好的路径按照设定的速度移动末端工具，通过磨抛工具的高速旋转对工件进行磨抛。

这里所说的“磨抛”，一般是指砂轮磨抛和砂带磨抛。砂轮磨抛借助结合在砂轮表面大量的磨粒作为切刃，利用砂轮的旋转运动去除材料。砂带磨抛能根据工件表面的形状，利用砂带自身或张紧装置的柔性，贴合工件进行加工。根据磨抛区的不同，可以将磨抛方式大致分为两类：恒压力磨抛和定进给磨抛。其中，恒压力磨抛是指控制磨抛切入压力为恒定值的磨抛方式，即控制砂轮对工件的压力为恒定值；定进给磨抛是指控制磨抛切入进给速度为恒定值的磨抛方式，即控制垂直于工件表面的磨抛切入进给速度为恒定值。要提升工业机器人磨抛的精度和效果，一方面要设计或采用适合磨抛对象的工业机器人、刀具、夹具及传感器等，另一方面还要根据磨抛的特点及磨抛对象和控制要求采用合适的控制算法和策略。

机器人磨抛系统根据具体的加工工件设计磨抛加工方案。常用的机器人磨抛系统主要有两种（机器人磨抛系统类型参见图3-1）。第一种是机器人用手抓住工件，然后在砂带机上磨抛；第二种是机器人手持磨抛工具对工件进行移动式的磨抛。两者都是设定一个既定的程序让机器人按照预定的路径进行移动，同时保证移动过程中工件与磨砂带的接触，既不能太大，也不能太小，进而保证加工件的质量，顺利完成加工工序。

图3-1 机器人磨抛系统类型

一般来说，当工件尺寸较小且磨抛工具尺寸较大时，采用机器人夹持工件、磨抛工具固定的方式；而工件尺寸相对磨抛工具尺寸较大时，采用工件固定而将磨抛工具安装在机器人上的方式。本章主要介绍机器人抓持着磨抛工具，利用砂轮对工件进行磨抛加工。