汽轮机叶片作为汽轮机装置的关键零件,在很大程度上影响着汽轮机的工作效率。砂带打磨是汽轮机叶片精加工的最后一道工序,决定了叶片的最终性能。由于国外在精加工领域的技术封锁,国内汽轮机叶片精加工技术发展缓慢,目前还普遍采用手工砂带打磨方式,这严重制约了国内电力设备的发展。本文将汽轮机叶片机器人砂带打磨中的打磨机构作为研究对象,为实现打磨机构的高刚度、轻量化和打磨叶片表面粗糙度Ra≤1.6μm,首先对打磨机构进行设计并对关键构件进行优化,然后通过砂轮打磨试验研究叶片材料的打磨工艺机理,最后进行叶片的砂带打磨试验,验证打磨机构工艺性能、打磨机理和打磨叶片的粗糙度。本文主要完成的研究内容如下:（1）根据打磨机构中各部分的安装需求,初步设计机架。假设驱动轮的设计包角是135°,利用欧拉公式,计算出砂带张紧力最小为39.03N,考虑到计算误差,选取砂带张紧力为50N。然后,基于50N砂带张紧力的需求,设计了张紧装置。最后,根据目标打磨叶片的几何尺寸特征设计了主动柔顺装置。分析打磨机构的工作内容和性能要求,判断出机架和主动柔顺支架是影响打磨机构刚性和稳定性的关键构件。（2）基于变密度法和固体各向同性材料惩罚模型建立机架的拓扑优化数学模型。根据机架实际承载情况设定边界条件和载荷分布,以刚度最大和轻量化为优化目标对其进行拓扑优化设计。然后,对机架和主动柔顺装置支架的装配体进行多目标优化,优化目标是装配体的最大变形、最大应力和第一阶固有频率。依据实际工作和装配情况设置相关接触关系、边界条件以及载荷,并利用Abaqus软件进行仿真计算。结合灵敏度分析、二阶响应面模型和NSGA-Ⅱ算法对装配体进行多目标优化设计,最后获得机架和主动柔顺装置支架的优异结构。（3）依据主动柔顺装置的实际工作状态,建立打磨力的力学控制模型。仿真计算出其可实现最小的法向打磨力控制范围是0～36.8N。（4）开展20Cr13叶片材料的砂轮打磨试验,探讨砂轮线速度、砂轮移动速度和打磨深度对打磨力、工件粗糙度和表面形貌的作用规律,分析各工艺试验参数对试验指标的影响趋势。在砂轮打磨试验中,砂轮线速度对工件粗糙度有显著影响,打磨分力比的数值变化区间是[0.44,0.63],平均值是0.54。用打磨分力比的平均值0.54完善打磨力的力学控制模型,以实现对砂带打磨试验中打磨力的控制。进行20Cr13叶片的砂带打磨试验,验证了砂带线速度对叶片粗糙度有显著影响。在砂带线速度16m/s和法向打磨力10N的工艺参数条件下,叶片粗糙度Ra为1.477μm,打磨装置性能满足要求。