随着科技发展,航空工业对大推重比、高可靠性发动机的需求不断提高。叶片作为航空发动机的关键部件,其型面尺寸精度及表面质量对发动机性能有着重要影响。叶片材料通常为钛合金或高温合金,因其材料切削加工性差,故对其表面精整十分困难。国内叶片多采用精密锻造后进行人工磨抛的加工方法,由于叶片边缘曲率变化大,人工磨削一致性差,导致加工余量不均匀,故较难满足尺寸公差及表面粗糙度要求。针对上述问题,本文开发了一套叶片砂带磨削系统,使用工业机器人实现叶片磨削自动化加工。本砂带磨削系统由磨削机构主体、工业机器人、激光跟踪仪及相关控制系统组成,用于磨削长度在50～100mm左右的小型叶片。针对叶片型面特点,开发出一套接触轮在线更换机构,根据不同叶片型面曲率更换不同尺寸接触轮,保证接触轮与叶片良好接触。对单颗粒磨削接触模型进行研究,得出磨削去除率与磨削参数之间的关系,以此确定了恒力磨削方案。设计了恒力磨削补偿机构,并对磨削力进行解耦,使用比例阀及压力传感器实现磨削压力精确控制。利用CATIA软件建立系统数字样机模型,对各部件进行虚拟装配、空间干涉分析及人机工程分析,结果表明空间结构较合理。在确定各部件具体尺寸后,使用ANSYS软件对系统关键部件进行静力分析和模态分析,并根据分析结果对结构进行优化,优化后部件的刚度等指标满足许用要求。对优化后系统的模态进行分析,获得前六阶固有频率和各阶振型图,其各阶固有频率远离工作频率,不会产生共振现象。根据机器人磨削过程运动模型,导出砂带磨削系统运动学逆解,以协调机器人位姿调整和砂带磨削机补偿运动。使用ADAMS软件对系统在电机旋转偏心下各关键部位振动进行分析,结果表明各输出点在加工中振幅较小,满足振动稳定性要求,对加工过程精度无影响。经数字样机模型分析验证表明,本文设计的机器人砂带磨削系统结构较为合理,可满足叶片磨削加工要求,可为机器人砂带磨削系统物理样机的建立及后续的叶片磨削实验提供依据。