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1. 研究目的与意义（文献综述）
1.目的及意义（含国内的研究现状分析）
1.1研究背景和研究目的
整体叶盘的表面质量和型面精度对航空发动机的气流动力性和使用性能影响巨大，而抛光是保证整体叶盘最终表面质量及型面精度的关键技术。针对国外整体叶盘磨抛技术及其装备的严格保密、国内整体叶盘的磨抛仍然广泛采用人工打磨的现状。然而人工磨抛存在加工效率和精度低、表面一致性差、加工要求难以得到保证、粉尘污染危害工人健康等问题。对此，本课题研究整体叶盘的机器人砂带自动磨抛技术。针对整体叶盘空间狭小的特点，设计相应的砂带磨抛机构及力控执行机构，规划叶盘磨抛所需的刀具路径和工艺参数，并在磨抛过程中实时控制接触正压力，最终在机器人磨抛平台上进行实验验证。
1.2国内外研究现状
未来制造业的特点是高度定制化，机械加工是制造业中从原材料到最终产品的重要工序之一[1]。目前，数控机床是主要的加工操作，因为他们能够提供更高的加工精度和高稳定性[2]。但是由于数控机床成本较高、功能单一的缺点，引起了多功能、低成本的工业机器人快速发展的趋势[3]。通过将机器人加工[4]与整体叶盘的磨抛技术相结合引起了国内外的广泛研究。机器人的加工稳定性与机器人的刚度和加工振动密切相关[5]。其中工业机器人的相对刚度与机器人姿态优化和轨迹优化密切相关[6]。整体叶盘是航空发动机的核心零部件，相对于榫头连接式叶盘更有助于提高航空发动机的可靠性与工作效率。然而，整体叶盘的叶片表面为空间自由曲面，其形状十分复杂，精度要求高，加工困难。目前整体叶盘叶型加工的主流工艺是数控精密铣削加工→手工抛光→振动（或磨粒流）光饰，由于铣削加工存在切削刀痕，仅靠振动（或磨粒流）光饰工艺无法有效去除铣削刀痕，手工抛磨预处理仍是目前国内主要的整体叶盘加工方式，存在形状尺寸可控性差，型面精度、表面质量一致性差，表面纹理不一致问题，同时存在工人劳动强度大，加工效率低，对操作人员的技能水平要求高，难以满足四、五代机整体叶盘的产品要求。在国外，美国acme、huck 等公司采用机器人夹持抛光轮和砂带磨头的方法实现了整体叶盘的精密加工，并且取得良好的效果。德国的metabo 公司采用六轴联动砂带磨削技术实现了航空发动机叶片型面的加工，但是目前仍然没有解决叶片根部及边缘的加工，而且对于整体叶盘的加工，还鲜见报道[7]。西班牙加泰罗尼亚理工大学的garcia对通过线性摩擦焊进行整体叶盘焊接制造的工艺开展了相关研究。经研究发现使用线性摩擦焊加工出的整体叶盘与直接机加工出的整体叶盘相比具有相似的拉伸和疲劳性能[8]的自动化磨抛。伍伦贡大学的 pan 等[9]提出了一种结合力位耦合控制与机器人拖动示教学习的自动化机器人磨抛加工方法并通过建立机器人的刚度模型对切削力导致的刀具位置偏差进行在线补偿。
刘智武等[10]概述了整体叶盘砂带磨削研究进展，分别从新型砂带磨削技术和自适应砂带磨削技术等方面阐述了整体叶盘全型面数控砂带磨削技术。黄云等[11]通过对国内外叶片机器人砂带磨削结构及系统设计与制造方面的研究，可以看出国内外仍然有一定的差距，且部分研究仍然处于实验阶段，还未到应用阶段，难以实现自适应加工，从而限制了该方法在叶片加工的进一步推广应用。陈凡等[12]提出了一种新型的智能末端执行器，用于薄壁整体叶盘机器人抛光过程中的主动接触力控制和振动抑制。任学军等[13]提出一种利用五轴数控机床进行整体叶盘复合制造加工的工艺方案，提高了通道粗加工效率，并改善了叶盘加工中的变形和颤振等问题。蔺小军等[14]研究开式整体叶盘叶片型面数控抛光轨迹规划与编程技术，解决了开式整体叶盘生产效率低、表面一致性差、表面质量难以控制等问题。重庆大学的黄云等[15]提出了一种利用砂带磨抛机构对弱刚度整体叶盘叶片进行恒力自适应抛光的方法，并建立了恒力自适应控制的微位移方程，提高了磨削精度和表面质量。为解决薄壁件加工过程中受力变形的问题并减小加工误差，陈蔚芳等[16]提出了分层完全补偿和优化补偿的加工路径补偿优化模型和误差补偿方法，可降低薄壁件受力变形误差，为薄壁件受力变形提供了参考依据。重庆大学的黄云等[17]利用六轴串联式工业机器人夹持涡轮叶片，配合被动柔顺式砂带磨抛机实现了叶片的自动化磨抛加工。此外，该团队还提出了一种接触式测量路径规划方法用于提升叶片的表面加工质量[18]。
2. 研究的基本内容与方案
2.研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施
2.1研究基本内容
航空发动机整体叶盘的表面精度要求高，在机床铣削加工后需要对其进行抛磨以满足表面光洁度的要求。现有的人工抛磨方案效率低、表面一致性差、工作环境恶劣。本课题研究整体叶盘的机器人砂带自动磨抛技术。针对整体叶盘空间狭小的特点，设计相应的砂带磨抛机构及力控执行机构，规划叶盘磨抛所需的刀具路径和工艺参数，并在磨抛过程中实时控制接触正压力，最终在机器人磨抛平台上进行实验验证。
2.2研究目标
通过设计相应的砂带磨抛机构及力控执行机构，规划叶盘磨抛所需的最优刀具路径和工艺参数，并在磨抛过程中实时控制接触正压力，并基于其完成整体叶盘的机器人砂带磨抛技术的研究验证。
2.3拟采用的技术方案及措施
①相关资料收集
3. 研究计划与安排
3.进度安排
第1-2周调研，阅读相关文献，了解国内外整体叶盘的机器人砂带磨抛技术的发展和应用前景，完成开题报告和研究方案的确定；
第3周 运用solidworks三维建模软件完成整体叶盘的砂带磨抛机构和力控执行机构设计；
第4-6周实时控制整体叶盘的机器人砂带自动磨抛过程的接触正压力；
4. 参考文献（12篇以上）
4.阅读的参考文献不少于15篇
[1] cheng k(2008) machining dynamics: fundamentals, applications and practices. springerscience business media.
[2] altintas y(2012) manufacturing automation: metal cutting mechanics, machine toolvibrations, and cnc design. cambridge university press
[3]international federation of robotics i (2017) executive summary world robotics2017 industrial robots.
