机械工程学报

作者：王文玺, 黄云, 刘占芳, 邹莱, 吕冲

单位：1. 重庆大学机械与运载工程学院 重庆 400044;2. 重庆大学机械传动国家重点实验室 重庆 400044;3. 重庆大学航空航天学院 重庆 400044

关键词：工业机器人,陀螺力矩,高速磨削,定点转动,复杂曲面；

基金：国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金（U1830115）、国家自然科学基金（11772071，52105430）和中央高校基本科研业务费专项资金（2020CDJQY-Z004）资助项目。

工业机器人具有灵活性好、易于调度、通用性强等特点，在大型复杂曲面件磨削中表现出了良好的适应性。而大尺寸复杂曲面件进行精密砂轮磨削时，因工件表面曲率大、尺寸大，高速自旋磨头常伴有连续快速摆动需求而使陀螺力矩加剧。与高速弹道/飞行器中陀螺力矩对俯仰位姿调整的阻碍效应相似，陀螺力矩过大也会影响高速重载磨削时磨头位姿的精准控制。为揭示陀螺力矩在机器人磨削中的作用机理，支撑装备选型设计与工艺优化，以高速自旋磨头做单轴摆动为对象开展了理论建模与算例分析。推导了磨头两次定轴转动后的合成角速度和角加速度，基于欧拉动力学方程求得了各轴转矩在全局和局部坐标系下的表达式，最后以水轮机叶片磨削为例对机器人负载能力进行了校核分析并提出了改进意见。发现在磨头局部坐标系下，高速磨头做单轴匀速摆动时的陀螺力矩产生在未发生转动的剩余正交轴向上，其幅值与自旋方向转动惯量、主轴自旋角速度、主轴摆动角速度呈正比。

来源：2022年第15期

《机械工程学报》期刊编辑部

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