工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程（KUKA初級(jí)） 課件 項(xiàng)目四 激光雕刻應(yīng)用編程

項(xiàng)目四激光雕刻應(yīng)用編程公司簡介匯博工業(yè)CATALOGUE一學(xué)習(xí)目標(biāo)公司簡介CATALOGUE目錄四知識(shí)拓展二工作任務(wù)五評(píng)價(jià)反饋三實(shí)踐操作六練習(xí)與思考題1．掌握機(jī)器人I/O控制方法；2．了解KUKA機(jī)器人變量類型，掌握變量建立方法；3．掌握機(jī)器人程序備份方法；4．掌握工業(yè)機(jī)器人激光雕刻應(yīng)用的編程。一、學(xué)習(xí)目標(biāo)一、工作任務(wù)的背景近年來，國內(nèi)外已大量使用數(shù)控銑床雕刻大理石、花崗石、木材等工藝品，可在平面工件上雕刻各種花紋、文字和圖像，提高了立體工藝品的生產(chǎn)效率。但是，數(shù)控銑床制作立體工藝品時(shí)，不能確?？痰遁S線恒垂直于工件待成型表面的工藝要求，影響加工效果，并產(chǎn)生較大的徑向力，致使刀具磨損加快。因此，使用多關(guān)節(jié)式機(jī)器人加工工藝品，克服了數(shù)控銑床的缺點(diǎn)，確保立體工藝品的加工質(zhì)量。工業(yè)機(jī)器人雕刻立體工藝品如圖4-1所示。圖4-1工業(yè)機(jī)器人雕刻立體工藝品二、工作任務(wù)二、所需要的設(shè)備工業(yè)機(jī)器人激光雕刻系統(tǒng)涉及的主要設(shè)備包括：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域一體化教學(xué)創(chuàng)新平臺(tái)（BNRT-IRAP-KR4）、KUKA-KR4型工業(yè)機(jī)器人本體、電源、控制器、示教器、氣泵和激光筆工具，如圖4-2所示。

電源

控制器

示教器KR4

雕刻模塊

激光筆

氣泵圖4-2激光雕刻應(yīng)用所需設(shè)備二、工作任務(wù)三、任務(wù)描述將弧形雕刻模塊安裝在工作臺(tái)指定位置，在工業(yè)機(jī)器人末端手動(dòng)安裝激光筆工具，按照?qǐng)D4-3所示路徑進(jìn)行雕刻（雕刻軌跡不唯一，也可自行規(guī)劃雕刻線路）。利用示教器進(jìn)行現(xiàn)場操作編程，按下啟動(dòng)按鈕后，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)從工作原點(diǎn)開始執(zhí)行雕刻任務(wù)，雕刻完成后工業(yè)機(jī)器人返回工作原點(diǎn)。機(jī)器人在執(zhí)行雕刻程序時(shí)激光筆與工件保持20mm距離，且保持垂直于雕刻面，紅色激光點(diǎn)應(yīng)落在雕刻軌跡內(nèi)。本任務(wù)需要完成I/O配置、變量創(chuàng)建、目標(biāo)點(diǎn)示教、程序編寫及調(diào)試等。圖4-3雕刻路徑示意二、工作任務(wù)通過控制機(jī)器人I/O可實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的開閉?？刂茩C(jī)器人I/O的方法包括以下步驟，如表4-1所示。表4-1機(jī)器人I/O控制方法一、知識(shí)儲(chǔ)備

1.機(jī)器人I/O控制方法三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作2.工業(yè)機(jī)器人變量類型及建立方法1）工業(yè)機(jī)器人變量在KRL語言編程中，變量分為局部變量和全局變量。全局變量建立在系統(tǒng)文件中，適用于所有程序。局部變量建立在子程序中，僅適用于局部變量建立的子程序，工業(yè)機(jī)器人變量如表4-2所示。表4-2工業(yè)機(jī)器人變量表三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作2）工業(yè)機(jī)器人變量建立方法KUKA-KR4工業(yè)機(jī)器人變量的建立方法包括以下步驟，如表4-3所示。表4-3KUKA-KR4工業(yè)機(jī)器人變量的建立方法三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作程序備份方法包括以下步驟，如表4-4所示。表4-4程序備份方法3.程序備份方法三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作4.程序運(yùn)行方式在狀態(tài)欄中單擊【程序運(yùn)行方式】按鈕，選擇所需的程序運(yùn)行方式，如圖4-4所示。圖4-4狀態(tài)顯示程序運(yùn)行方式的圖標(biāo)及說明，如表4-5所示。三、實(shí)踐操作表4-5程序運(yùn)行方式二、任務(wù)實(shí)施1.運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃在工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行正式雕刻之前，需要規(guī)劃好雕刻的軌跡路徑，如圖4-5所示，示教點(diǎn)依次為（1）（2）（3）…（13），其中（1）在（2）的正上方約50mm。圖4-5運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃三、實(shí)踐操作2.手動(dòng)安裝激光筆工具手動(dòng)安裝激光筆工具的操作方法包括以下步驟，如表4-6所示。表4-6手動(dòng)安裝激光筆工具三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作3.示教編程激光雕刻模塊的示教編程包括以下步驟，如表4-7所示。表4-7激光雕刻模塊示教編程三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作4.程序調(diào)試與運(yùn)行檢查程序的位置點(diǎn)是否正確；檢查程序的邏輯控制是否完善；檢查子程序的輸入?yún)?shù)是否合理。（2）程序調(diào)試1）加載程序編程完成后，保存的程序必須加載到內(nèi)存中才能運(yùn)行，選擇“diaoke”程序文件，單擊示教器下方【選定】按鈕，完成程序的加載，如圖4-6所示。圖4-6加載程序三、實(shí)踐操作2）試運(yùn)行程序程序加載后，程序執(zhí)行的藍(lán)色指示箭頭位于初始行。使示教器白色“使能鍵”保持在“中間檔”，按住示教器左側(cè)綠色三角形正向運(yùn)行鍵“”或示教器背后綠色啟動(dòng)按鈕，狀態(tài)欄運(yùn)行鍵“R”和程序內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)文字說明為“綠色”，則表示程序開始試運(yùn)行，藍(lán)色指示箭頭依次下移，如圖4-7所示。圖4-7程序開始運(yùn)行三、實(shí)踐操作當(dāng)藍(lán)色指示箭頭移至第4行PTP命令行時(shí)，彈出“BCO”提示信息，單擊【OK】或【全部OK】按鈕，繼續(xù)試運(yùn)行程序，如圖4-8所示。圖4-8“BCO”提示信息三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作一、工業(yè)機(jī)器人雕刻示例機(jī)器人雕刻運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)模塊，詳細(xì)規(guī)劃如圖4-9所示：規(guī)劃模塊：根據(jù)雕刻的任務(wù)要求生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡;控制模塊：控制機(jī)器人運(yùn)行速度，調(diào)整雕刻時(shí)切削力的大小,執(zhí)行模塊：輸出機(jī)器人實(shí)際雕刻時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡和雕刻力。圖4-9雕刻運(yùn)動(dòng)模塊規(guī)劃四、知識(shí)拓展工業(yè)機(jī)器人在雕刻加工領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用，機(jī)器人公司KUKA、ABB等都生產(chǎn)用于石材制品加工的工業(yè)機(jī)器人，可以對(duì)大理石、花崗巖進(jìn)行雕刻、鍋切、統(tǒng)削和搬運(yùn)等操作，用于石材雕刻加工的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式以關(guān)節(jié)式為主，自由度為5至6個(gè)。這些公司生產(chǎn)的石材制品加工機(jī)器人是以其高載荷機(jī)器人為主體，末端執(zhí)行器為與加工中心相同的電主軸，再配以用于石材加工的切削刀具，這樣便可以實(shí)現(xiàn)像加工中心一樣的切削、換刀等功能，如圖4-10所示。將工業(yè)機(jī)器人轉(zhuǎn)化為一臺(tái)類似于5-6軸聯(lián)動(dòng)的加工中心，同時(shí)靈活性卻跟工業(yè)機(jī)器人一樣高，可以完成加工中心不能完成的切削加工。結(jié)合加工軌跡的生成和機(jī)器人軌跡規(guī)劃程序生成用于機(jī)器人的數(shù)控程序，完成相應(yīng)的切削加工。圖4-10雕刻機(jī)器人四、知識(shí)拓展青島理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院孔凡斌等設(shè)計(jì)一種可以加工復(fù)雜曲面的6R雕刻機(jī)器人，如圖6-11所示。機(jī)器人采用端銑刀，運(yùn)用泰勒和坐標(biāo)變換方法計(jì)算出切削點(diǎn)、刀具方向以及末端執(zhí)行器逆運(yùn)動(dòng)變換，完成NURBS曲面刀路軌跡規(guī)劃，刀具以恒定速度進(jìn)行切削，保證了加工質(zhì)量和效率。四、知識(shí)拓展二、切削力產(chǎn)生工業(yè)機(jī)器人切削的本質(zhì)是，待加工工件在末端銑刀的擠壓作用下產(chǎn)生了形變。在這個(gè)形變的過程受到切削力的作用，使得多余切屑發(fā)生了脫落。此時(shí)，切削力的主要來源于加工工件內(nèi)部所產(chǎn)生的變形阻力和切削時(shí)銑刀刀刃與切屑之間所產(chǎn)生的摩擦阻力。在機(jī)器人雕刻正交切削過程中，如圖4-12所示，形變的區(qū)域按照塑性變形特性將其劃分為3個(gè)區(qū)域：剪切滑移變形區(qū)，纖維化變形區(qū)，纖維化與加工硬化變形區(qū)。四、知識(shí)拓展1．剪切滑移變形區(qū)：該區(qū)域表示材料由彈性變形轉(zhuǎn)為塑形變形，即由AB到AC的這一段區(qū)域,用AB線來表示初始滑移線,該區(qū)域?qū)挾燃s為0.02-0.2mm。隨著末端銑刀對(duì)加工材料進(jìn)行切削，受刀具擠壓作用，工件從AB線處開始產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，當(dāng)?shù)竭_(dá)AC線處應(yīng)力應(yīng)變則達(dá)到最大值，切削開始從工件上面發(fā)生脫落。2．纖維化變形區(qū)：該區(qū)域材料與銑刀前刀刃緊密接觸，近似為一個(gè)面。雕刻時(shí)的進(jìn)給速度及刀具參數(shù)都會(huì)影響到切屑與刀刃之間的摩擦力，由于該摩擦力的存在使得待脫落的切削纖維化并在銑刀刃上面發(fā)生滯留，在較短時(shí)間里這些滯留的材料塑形變形會(huì)急速增加直至脫離加工工件。3．纖維化與加工硬化變形區(qū)：該區(qū)域是末端銑刀雕刻過后產(chǎn)生的，有摩擦應(yīng)力的存在。在機(jī)器人雕刻過程中，己加工的表面與末端銑刀刀尖產(chǎn)生摩擦力，雕刻時(shí)的進(jìn)給速度越慢，其產(chǎn)生的摩擦力就越大。以上三個(gè)變形的區(qū)域都集中在末端銑刀刃附近，相互聯(lián)系,末端銑刀所受切削力的大小由這三個(gè)區(qū)域受力情況共同影響。四、知識(shí)拓展基本素養(yǎng)（30分）序號(hào)評(píng)估內(nèi)容自評(píng)互評(píng)師評(píng)1紀(jì)律（無遲到、早退、曠課）（10分）

2安全規(guī)范操作（10分）

3團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、溝通能力（10分）

理論知識(shí)（30分）序號(hào)評(píng)估內(nèi)容自評(píng)互評(píng)師評(píng)1工業(yè)機(jī)器人I/O控制指令的內(nèi)容(10分)

2工業(yè)機(jī)器人常用變量（10分）

3工業(yè)機(jī)器人變量分類（5分）

4工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式（5分）

綜合評(píng)價(jià)五、評(píng)價(jià)反饋五、評(píng)價(jià)反饋二、簡答題1.簡述機(jī)器人雕刻運(yùn)動(dòng)分為幾個(gè)模塊，及每個(gè)模塊的作用。

2.提出用關(guān)節(jié)式機(jī)器人來加工工藝品，它可以完全克服數(shù)控銑床的什么缺點(diǎn)？一、填空題1.在KRL語言編程中變量可劃分為______和______。2.________直接影響到工件的尺寸精度、表面粗糙度以及刀具的使用壽命。3.________的建立有助于工作人員對(duì)雕刻工件所受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測，以及為研究其他物理信息提供了理論基礎(chǔ)。4.機(jī)器人雕刻運(yùn)動(dòng)分為________個(gè)模塊。六、練習(xí)與思考題二、簡答題1.機(jī)器人雕刻運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)模塊規(guī)劃模塊：根據(jù)雕刻的任務(wù)要求生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡;控制模塊：控制機(jī)器人運(yùn)行速度，