航空航天火箭加工制造过程中,低温贮箱表面聚氨酯绝热层的打磨是一道非常重要的加工工序,目前工厂对这一工序的加工主要是由人工手持打磨器械完成。为提高这道打磨加工工序的加工效率和降低逐步上升的人工成本,文章设计了一种能满足贮箱基本打磨功能要求,且适用于横截面为大弧形或者曲率半径较大曲面的高效打磨末端执行器,并对其进行了详细的机构设计和性能研究。文章根据贮箱聚氨酯绝热层的实际加工工况、材料、加工工艺、贮箱外形数据以及贮箱特征等条件,对打磨末端执行器进行了设计需求分析、可行性分析以及设计要求分析,确定了打磨末端执行器的基本设计功能和要求,进而提出了一种由工具快换装置、力控制装置、测厚装置、气动打磨装置以及末端执行机构组成的打磨末端执行器设计方案。所设计的末端执行器的显著特征是能一次安装3个气动打磨装置进行打磨,并且能实现对不同直径的贮箱绝热层表面进行沿法向方向打磨。对于绝热层厚度的测量问题,文章提出了一种应用线激光传感器和电涡流传感器相结合的绝热层厚度测量方案,并对打磨末端执行器的测厚原理以及打磨原理进行了详细设计和分析。文章对打磨末端执行器的各组成装置进行了设计、选型和三维实体建模。对末端执行机构的设计中,为实现末端执行器的打磨原理,提出了一种由螺栓调节机构、丝杆螺母调节机构、气缸移动机构以及连接板构成的末端执行机构。并对螺栓调节机构和丝杆螺母调节机构进行了结构设计、实体模型分析、零部件选型和关键尺寸设计,确定出了螺栓调节机构的螺栓直径为5mm和长度为25mm、丝杆螺母调节机构的丝杆公称直径为10mm和行程为40mm。对末端执行器的工具快换装置、力控制装置、测厚装置、气动打磨装置进行了选型设计。对末端执行器进行了三维实体模型装配。根据末端执行器的装配模型,对打磨加工贮箱绝热层时的打磨轨迹进行了分析和确定。文章利用ANSYS Workbench软件对打磨末端执行器的关键零部件进行了强度分析和优化,分析表明所设计的螺栓调节机构的转动轴和末端执行机构上的连接板能满足强度要求,是合理设计。利用Matlab软件对安装在末端执行机构上的3个气动打磨装置的安装距离、气动打磨装置的角度调节范围和移动调节范围进行了优化设计,确定出中间与边上的气动打磨装置的水平安装距离为200mm,竖直安装距离为20mm,气动打磨装置的角度调节在7°左右,长度调节在20mm左右。最后文章对打磨末端执行器在打磨过程中刀具拟出现的两个极限调节位姿进行了三维实体模型仿真设计,并进行了仿真干涉分析,仿真结果表明所设计的末端执行器在调节刀具位姿过程中,末端执行器自身不会出现干涉为样机制作做足准备。