模具拋光是模具製造的重要工序之一，是模具行業亟待突破的瓶頸。目前，模具拋光主要透過傳統手工方式進行，勞動強度大、效率低、耗時長，而且是一項需要技術經驗豐富的專業人員從事的工作。為了提高生產效率與產品質量，解決專業工人不足的狀況，先進工業國家很早就開始了模具自動拋光的研究工作。機器人作為一種自動化生產裝備，具有良好的柔性結構，特別適合模具自由曲面的拋光。因此基於機器人的模具自動拋光平臺的研究得到了廣泛關注。

工業機器人的柔性結構致使其末端執行器不能承受很大的負載，而模具拋光是材料去除量少或無的精整工序，拋光力較小。工業機器人用於模具拋光時正好避開了其低負載的不足而發揮了柔性結構、自動化、高自由度的優勢。成套的機器人模具拋光系統已經搭建成功並用於模具的拋光試驗。

一 控制系統研究

工業機器人本身並非為模具表面拋光量身製造，所以必須對其結構和系統進行改造和擴充功能以適應模具拋光過程。

01 機器人本體控制系統研究

由於機器人本體的柔性結構和模具拋光工作的複雜性，機器人模具拋光過程無法建立準確的動力學模型；同時傳統的以PID和PD控制為基礎的機器人控制器動態效能不好、定位精度不高、魯棒性差。工業機器人通常採用PID的控制演算法，然而這種演算法沒有提供補償的能力，特別是頻繁發生的突發引數的改變。為了精確控制拋光速度、拋光位置和跟蹤軌跡，研究者尋求以現代控制理論和人工智慧為基礎的控制方式，克服了在開放性系統和環境下因非線性摩擦和負載的變化等原因無法建立動態系統模型的不足。

02 拋光工具控制系統研究

拋光力是拋光工具對模具加工表面施加的指定方向的壓力，拋光工具的不同導致其控制策略和演算法也不盡相同。為了使整個拋光過程保持一個恆定的或可變的拋光力，需要力感測器測量拋光工具和模具表面的接觸力，同時向控制器反饋測量資料並根據工藝條件的不同調整實際拋光力的大小。

二 拋光工藝研究

不同的機器人模具拋光系統因為系統設計和拋光方式的不同，拋光工藝的引數不盡相同，但最終目標均是提高模具拋光效率、表面質量和表面均勻一致性。其主要工藝引數有：拋光工具與模具表面間接觸區域的等效半徑、拋光力、拋光進給速率、拋光線速度、拋光姿態和拋光次數，其中拋光力和拋光姿態是拋光工藝中最重要的2個引數。拋光力過大或過小會造成模具表面過拋或欠拋；拋光工具的姿態關係到接觸區域拋光線速度的分佈和拋光效果的均勻性。

三 拋光工具研究

隨著對模具表面質量的要求越來越高，由於常用的機械式拋光工具與模具表面的接觸屬於剛性接觸，對軌跡跟蹤的要求比較高，軌跡上一個很小的誤差，就會導致拋光力大幅變化，因而出現了新型的柔性接觸和非直接接觸的拋光方式，這些拋光方式主要從拋光工具的設計入手，改變拋光工具與模具表面的互動方式，可在很大程度上避免因軌跡跟蹤誤差而造成不可挽回的破壞。拋光工具主要有以下3種：

01 軟質材料裹覆式拋光工具

最常用的用於緩衝拋光工具與模具加工表面的剛性衝擊的方法就是在拋光工具表面裹覆一層耐磨的、高摩擦因數的高彈性纖維（如不織布、羊毛氈等）。此種方法可在一定的衝擊範圍內保護模具加工表面，並獲得較好的表面質量而不留下刀路邊緣痕跡，其不足之處是因拋光工具與模具表面之間相互摩擦而致使接觸區域內溫度升高，減小了與模具加工表面間的摩擦力，從而降低了拋光效率。

02 氣囊式拋光工具

基於柔性拋光的理念，氣囊式拋光技術可以提高對模具自由曲面拋光的穩定性、效率和品質。採用在拋光工具末端安裝一個氣壓可控的橡膠氣囊，同時在其上面裹覆軟質拋光材料。此方法除具備軟質材料裹覆式方法的特性外，氣囊內部的壓力能根據被拋曲面的曲率變化和區域性材料去除深度進行調節，拋光工具可與模具曲面很好地貼合。

03 超聲波驅動的拋光工具

彈性拋光工具固定在機器人相應位置的末端，不直接與模具加工表面接觸。在超聲振子驅動下產生高頻縱向位移，從而使遊離態的磨料與模具加工表面發生相互作用以進行拋光作業。

四 路徑規劃研究

機器人模具拋光系統要解決的首要問題是模具加工表面路徑規劃。現有研究中路徑規劃主要採用基於CAM的CL資料和表面特徵視覺識別技術。

01 基於CAM的APT刀路技術

研究中採用最多的是對CAM中生成的APT刀路進行修正，然後移植到機器人系統中。由於大部分模具是透過CAD/CAM軟體設計的，CAM軟體生成的APT刀路以文字檔案方式儲存，方便資料處理和轉換。APT刀路檔案中包含CL資料和走刀方式，其中CL資料包含被加工表面上點的座標和相應刀具軸的方向，針對不同的機器人平臺進行相應處理可得到機器人路徑程式。

02 基於CAM的CL和新型走刀方式的路徑規劃技術

CAM的刀路規劃通常採用的拓撲結構為行切或環切走刀方式，雖然CAM在路徑規劃方面相當成熟，但它是為了解決五軸及五軸以下數控系統的加工路徑問題而設計的，並不完全適合六自由度的工業機器人。若使用行切或環切走刀方式，同樣會造成拋光後模具加工表面留下拋光凸痕且邊緣不均勻，從儘可能多的方向對模具表面進行拋光可以明顯克服這一缺陷。

03 基於CAD的路徑規劃技術

這種技術將路徑規劃整合到工業機器人模具拋光平臺，開發適用於機器人平臺系統的路徑；不採用CAM生成刀路，僅利用模具的CAD模型。

04 基於視覺識別的路徑規劃技術