目前国内汽车模具产业仍存在智能与标准化水平低、生产周期长以及使用寿命短等问题,而采用机器人三维激光切割技术进行钣金类工件的加工,可大大缩短研发周期,提高产品生产效率。激光加工技术与工业机器人技术的结合是现代先进加工制造技术发展的必然趋势之一。同时,随着复杂形状和大尺寸工件需求的日益增长,也带动了外部轴技术的发展和应用,引入外部轴,可增加系统的自由度,拓展系统有效工作空间,大幅度提高产品设备的生产竞争力。本文的研究方向与工作内容主要围绕机器人同步三维激光切割系统的设计与实现进行展开。(1)对机器人激光切割及其关键技术点进行研究和分析,提出机器人同步三维激光切割系统的设计方案,并对机器人进行运动学分析和工作空间的仿真测试;对机器人运动方式和速度参数,以及切割质量的影响因素展开研究和讨论,给出工艺参数的数据库管理模式,为本文系统方案的实现奠定理论基础。(2)分析机器人与外部轴同步运动控制的功能需求和技术要点,完成系统核心程序,即外部轴同步运动控制程序的框架构建和思路设计。基于机器人编程软件,使用VAL3编程语言完成系统程序的设计与编程,包括机器人与外部轴的同步运动控制、人机交互以及产品数据管理与自动生产等多项功能的实现。(3)讨论工具碰撞的一般问题以及TCP小幅度修正的功能需求,引入参考法兰坐标系,提出基于世界坐标系的TCP直观修正补偿算法,使用VAL3编程语言完成TCP直观修正程序的设计与编写,给出程序操作示例。同时,提出基于机器人的外部轴标定算法,推导三点标定直线轴和四点标定旋转轴的一般标定算法,同样使用VAL3语言完成机器人外部轴标定程序的设计与编写。(4)完成系统平台的搭建与通讯调试,并进行实验测试。测试结果表明,使用TCP修正补偿程序,可减小TCP旋转误差至0.5mm以内,直径10毫米圆度误差小于0.3mm;使用机器人外部轴标定程序,同步直线的直线度误差小于0.2mm。针对同步路径的起始偏差现象,基于速度和加速度设计正交实验,实验结果表明降低起始阶段的加速度和速度数值,可减小同步拟合路径的起始偏差,且加速度的影响大于速度的影响。