摘要: 装煤是采煤机螺旋滚筒叶片的主要功能，复杂煤层赋存条件和非线性冲击载荷会使其磨损加剧甚至失效，尤其的叶片的尾端和外缘部分，运用激光熔覆再制造的方法对磨损的叶片进行修复，可以提高其使用寿命。针对激光熔覆实验中机械臂的路径轨迹，运用Matlab Robotics Toolbox建立机器人改进DH模型，用蒙特卡洛方法得到其工作空间点云图，用alphaShape()函数对点云进行包络处理，求解出工作空间的体积为27.021 7 m3，验证了改进DH建模的正确性，能满足对采煤机螺旋叶片激光熔覆的任务要求。对熔覆实验中机械臂的轨迹进行仿真分析，为叶片的激光熔覆实验做准备。应用运动学分析软件Admas模拟机械臂对叶片外缘螺旋曲线的增材过程，得出其各关节的运动学参数和驱动电机所需的转矩。在重力和末端负载的作用下，运动轨迹的突变使法兰盘出现数量级为10-10的微小波动。将关节角时间序列导入SimMechanics中，作为驱动能控制机械臂做相同的螺旋曲线运动，验证了Adams中得到的关节角时间序列的驱动具有实际意义。对磨损最为严重的尾片磨损曲面特征进行分析，并划分为区域A，B，C。用KUKA机器人示教器在线编程，以直线增量蛇形往复方式,在叶片区域A熔覆耐磨层，改变激光头的姿态使其垂直于叶片的磨损曲面，在区域C熔覆样条曲线，用三维扫描仪获取区域B的点云，并重构曲面。将磨损模型与完整叶片模型利用布尔运算(剪切)得到待熔覆区域的STL文件，并导入增材制造辅助编程软件生成路径程序，熔覆实验时间为70 min，机器人运动平稳，且成型质量良好，几何特征与原叶片一致。研究方法为螺旋叶片修复和其他复杂曲面零件的再制造提供了参考，有较好的工程应用价值。