在用工成本攀升,制造产业结构调整的背景下,串联六自由度工业机器人以成本低、自动化程度高、柔性好、安装空间小等优势,可作为替换传统机械加工单元的智能化加工设备。相比数控机床,机器人切削加工更易满足多品种、小批量、现场加工等的现代生产要求。由于串联结构特性导致机器人刚度低,影响了机器人的加工质量和稳定性,局限了机器人切削加工的应用范围。为此,本文针对机器人刚度特性展开研究,通过优化机器人铣削过程中的刚度,提升其铣削工艺系统的加工性能。主要研究内容有:以KUKA KR60-3型机器人为研究对象,通过D-H法建立机器人运动学模型,对正、逆运动进行解算和验证。通过矢量积法求解雅克比矩阵,并利用微分算子推导了力和位移的等价坐标变换。对机器人进行刚度建模,采用静载荷试验法辨识了关节刚度系数。通过机器人末端力椭球定义了刚度性能指标,实现对刚度的定量分析。利用单一空间点刚度最优的位姿筛选算法,得到铣削平面内各点的最优铣削位姿及对应的刚度。通过分析工作空间中铣削平面的刚度分布情况,优化了工件的铣削位置和高度。此外发现在一定范围内,机器人末端到原点连线的距离可作为快捷估算机器人刚度的新方法。同时指出进给方向同样是影响机器人铣削性能的工艺参数之一,分析了机器人铣削过程中最优刚度方向及表示方法,作出铣削平面最优刚度指向的矢量图。依据指向规律提出较为普遍适用的走刀路径优选策略。此外发现最优刚度指向同样与机器人末端到原点连线方向较为一致,即可将该连线的矢量作为便捷分析机器人刚度特性的参数,其长度反映了刚度的大小,方向反映了最优刚度的指向。设计了基于PLC的机器人铣削实验平台。为满足铣削实验需求,制定了实验平台的系统硬件设计方案,并完成了平台的电气设计及硬件通信网络设计。编写PLC的主程序及子程序,实现了电主轴的变频调速及气动换刀;机器人的运动控制;铣削力的实时监测及过载保护;HMI人机界面的交互控制等功能。