工业机器人应用编程（KUKA初级） 课件 项目四 激光雕刻应用编程

项目四激光雕刻应用编程公司简介汇博工业CATALOGUE一学习目标公司简介CATALOGUE目录四知识拓展二工作任务五评价反馈三实践操作六练习与思考题1．掌握机器人I/O控制方法；2．了解KUKA机器人变量类型，掌握变量建立方法；3．掌握机器人程序备份方法；4．掌握工业机器人激光雕刻应用的编程。一、学习目标一、工作任务的背景近年来，国内外已大量使用数控铣床雕刻大理石、花岗石、木材等工艺品，可在平面工件上雕刻各种花纹、文字和图像，提高了立体工艺品的生产效率。但是，数控铣床制作立体工艺品时，不能确保刻刀轴线恒垂直于工件待成型表面的工艺要求，影响加工效果，并产生较大的径向力，致使刀具磨损加快。因此，使用多关节式机器人加工工艺品，克服了数控铣床的缺点，确保立体工艺品的加工质量。工业机器人雕刻立体工艺品如图4-1所示。图4-1工业机器人雕刻立体工艺品二、工作任务二、所需要的设备工业机器人激光雕刻系统涉及的主要设备包括：工业机器人应用领域一体化教学创新平台（BNRT-IRAP-KR4）、KUKA-KR4型工业机器人本体、电源、控制器、示教器、气泵和激光笔工具，如图4-2所示。

电源

控制器

示教器KR4

雕刻模块

激光笔

气泵图4-2激光雕刻应用所需设备二、工作任务三、任务描述将弧形雕刻模块安装在工作台指定位置，在工业机器人末端手动安装激光笔工具，按照图4-3所示路径进行雕刻（雕刻轨迹不唯一，也可自行规划雕刻线路）。利用示教器进行现场操作编程，按下启动按钮后，工业机器人自动从工作原点开始执行雕刻任务，雕刻完成后工业机器人返回工作原点。机器人在执行雕刻程序时激光笔与工件保持20mm距离，且保持垂直于雕刻面，红色激光点应落在雕刻轨迹内。本任务需要完成I/O配置、变量创建、目标点示教、程序编写及调试等。图4-3雕刻路径示意二、工作任务通过控制机器人I/O可实现末端执行器的开闭。控制机器人I/O的方法包括以下步骤，如表4-1所示。表4-1机器人I/O控制方法一、知识储备

1.机器人I/O控制方法三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作2.工业机器人变量类型及建立方法1）工业机器人变量在KRL语言编程中，变量分为局部变量和全局变量。全局变量建立在系统文件中，适用于所有程序。局部变量建立在子程序中，仅适用于局部变量建立的子程序，工业机器人变量如表4-2所示。表4-2工业机器人变量表三、实践操作三、实践操作三、实践操作2）工业机器人变量建立方法KUKA-KR4工业机器人变量的建立方法包括以下步骤，如表4-3所示。表4-3KUKA-KR4工业机器人变量的建立方法三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作程序备份方法包括以下步骤，如表4-4所示。表4-4程序备份方法3.程序备份方法三、实践操作三、实践操作4.程序运行方式在状态栏中单击【程序运行方式】按钮，选择所需的程序运行方式，如图4-4所示。图4-4状态显示程序运行方式的图标及说明，如表4-5所示。三、实践操作表4-5程序运行方式二、任务实施1.运动轨迹规划在工业机器人进行正式雕刻之前，需要规划好雕刻的轨迹路径，如图4-5所示，示教点依次为（1）（2）（3）…（13），其中（1）在（2）的正上方约50mm。图4-5运动轨迹规划三、实践操作2.手动安装激光笔工具手动安装激光笔工具的操作方法包括以下步骤，如表4-6所示。表4-6手动安装激光笔工具三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作3.示教编程激光雕刻模块的示教编程包括以下步骤，如表4-7所示。表4-7激光雕刻模块示教编程三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作三、实践操作4.程序调试与运行检查程序的位置点是否正确；检查程序的逻辑控制是否完善；检查子程序的输入参数是否合理。（2）程序调试1）加载程序编程完成后，保存的程序必须加载到内存中才能运行，选择“diaoke”程序文件，单击示教器下方【选定】按钮，完成程序的加载，如图4-6所示。图4-6加载程序三、实践操作2）试运行程序程序加载后，程序执行的蓝色指示箭头位于初始行。使示教器白色“使能键”保持在“中间档”，按住示教器左侧绿色三角形正向运行键“”或示教器背后绿色启动按钮，状态栏运行键“R”和程序内部运行状态文字说明为“绿色”，则表示程序开始试运行，蓝色指示箭头依次下移，如图4-7所示。图4-7程序开始运行三、实践操作当蓝色指示箭头移至第4行PTP命令行时，弹出“BCO”提示信息，单击【OK】或【全部OK】按钮，继续试运行程序，如图4-8所示。图4-8“BCO”提示信息三、实践操作三、实践操作一、工业机器人雕刻示例机器人雕刻运动分为三个模块，详细规划如图4-9所示：规划模块：根据雕刻的任务要求生成相应的运动轨迹;控制模块：控制机器人运行速度，调整雕刻时切削力的大小,执行模块：输出机器人实际雕刻时运动轨迹和雕刻力。图4-9雕刻运动模块规划四、知识拓展工业机器人在雕刻加工领域已经有所应用，机器人公司KUKA、ABB等都生产用于石材制品加工的工业机器人，可以对大理石、花岗岩进行雕刻、锅切、统削和搬运等操作，用于石材雕刻加工的机器人的结构形式以关节式为主，自由度为5至6个。这些公司生产的石材制品加工机器人是以其高载荷机器人为主体，末端执行器为与加工中心相同的电主轴，再配以用于石材加工的切削刀具，这样便可以实现像加工中心一样的切削、换刀等功能，如图4-10所示。将工业机器人转化为一台类似于5-6轴联动的加工中心，同时灵活性却跟工业机器人一样高，可以完成加工中心不能完成的切削加工。结合加工轨迹的生成和机器人轨迹规划程序生成用于机器人的数控程序，完成相应的切削加工。图4-10雕刻机器人四、知识拓展青岛理工大学机械学院孔凡斌等设计一种可以加工复杂曲面的6R雕刻机器人，如图6-11所示。机器人采用端铣刀，运用泰勒和坐标变换方法计算出切削点、刀具方向以及末端执行器逆运动变换，完成NURBS曲面刀路轨迹规划，刀具以恒定速度进行切削，保证了加工质量和效率。四、知识拓展二、切削力产生工业机器人切削的本质是，待加工工件在末端铣刀的挤压作用下产生了形变。在这个形变的过程受到切削力的作用，使得多余切屑发生了脱落。此时，切削力的主要来源于加工工件内部所产生的变形阻力和切削时铣刀刀刃与切屑之间所产生的摩擦阻力。在机器人雕刻正交切削过程中，如图4-12所示，形变的区域按照塑性变形特性将其划分为3个区域：剪切滑移变形区，纤维化变形区，纤维化与加工硬化变形区。四、知识拓展1．剪切滑移变形区：该区域表示材料由弹性变形转为塑形变形，即由AB到AC的这一段区域,用AB线来表示初始滑移线,该区域宽度约为0.02-0.2mm。随着末端铣刀对加工材料进行切削，受刀具挤压作用，工件从AB线处开始产生应力应变，当到达AC线处应力应变则达到最大值，切削开始从工件上面发生脱落。2．纤维化变形区：该区域材料与铣刀前刀刃紧密接触，近似为一个面。雕刻时的进给速度及刀具参数都会影响到切屑与刀刃之间的摩擦力，由于该摩擦力的存在使得待脱落的切削纤维化并在铣刀刃上面发生滞留，在较短时间里这些滞留的材料塑形变形会急速增加直至脱离加工工件。3．纤维化与加工硬化变形区：该区域是末端铣刀雕刻过后产生的，有摩擦应力的存在。在机器人雕刻过程中，己加工的表面与末端铣刀刀尖产生摩擦力，雕刻时的进给速度越慢，其产生的摩擦力就越大。以上三个变形的区域都集中在末端铣刀刃附近，相互联系,末端铣刀所受切削力的大小由这三个区域受力情况共同影响。四、知识拓展基本素养（30分）序号评估内容自评互评师评1纪律（无迟到、早退、旷课）（10分）

2安全规范操作（10分）

3团结协作能力、沟通能力（10分）

理论知识（30分）序号评估内容自评互评师评1工业机器人I/O控制指令的内容(10分)

2工业机器人常用变量（10分）

3工业机器人变量分类（5分）

4工业机器人的运动方式（5分）

综合评价五、评价反馈五、评价反馈二、简答题1.简述机器人雕刻运动分为几个模块，及每个模块的作用。

2.提出用关节式机器人来加工工艺品，它可以完全克服数控铣床的什么缺点？一、填空题1.在KRL语言编程中变量可划分为______和______。2.________直接影响到工件的尺寸精度、表面粗糙度以及刀具的使用寿命。3.________的建立有助于工作人员对雕刻工件所受力情况进行实时预测，以及为研究其他物理信息提供了理论基础。4.机器人雕刻运动分为________个模块。六、练习与思考题二、简答题1.机器人雕刻运动分为三个模块规划模块：根据雕刻的任务要求生成相应的运动轨迹;控制模块：控制机器人运行速度，