工业机器人具有自动化程度高、安全性能高且能够适应恶劣作业条件和小批量定制化生产及价格低廉等优点,成为我国智能制造产业重点发展的领域之一。但由于工业机器人的多连杆串联结构导致其刚度较弱,在铣削加工中容易引起颤振,严重影响加工效率和稳定性。本文在国内外学者的研究基础上,结合铣削力和工业机器人动力学模型,采用MATLAB/Simulink对机器人铣削加工过程进行了动力学仿真,分析了不同姿态下工业机器人的振动特性,绘制了随姿态变化的铣削加工稳定性预测图,并在此基础上提出了工业机器人铣削加工姿态优化策略,提高加工稳定性。首先,本文采用修正D-H法建立了KUKA KR60-3工业机器人的运动学模型,推导了雅克比矩阵的解析式,介绍了正逆运动学求解方法;建立了瞬时铣削力模型,采用正交实验得到了铣削力系数的预测模型并进行了验证;推导了工业机器人的传统静刚度模型,通过加载实验得到了工业机器人末端外载荷与变形的关系,利用最小二乘法辨识了关节刚度值。然后,采用Lagrange法推导了工业机器人运动微分方程,考虑瞬时铣削力和关节阻尼的影响建立了工业机器人铣削动力学模型,基于MATLAB/Simulink平台编写了铣削加工过程的闭环动力学求解程序;随后,在同一加工路径下,针对工业机器人4个不同的加工姿态,在恒定的铣削加工参数下进行了仿真实验,得到了末端铣刀沿X轴正方向进给时的刀尖振动轨迹、机器人关节轨迹和铣削力。实验结果表明,工业机器人铣削加工姿态对铣削振动有着显著的影响。最后,根据多自由度系统的振动方程计算了4组机器人加工姿态的固有频率,结合文献的实验数据,分析了机器人铣削加工的振动特性;考虑工业机器人末端姿态对加工颤振的影响,采用零阶近似法推导了极限切深的预测公式,绘制了铣削加工姿态与极限切深的关系图,预测铣削加工的稳定区域;随后,在同一铣削加工参数下,分别以A、B两个不同的加工姿态对7075铝合金试件进行了铣削加工实验,验证了极限切深预测图的正确性;基于此,本文最后提出了工业机器人铣削加工姿态优化策略:以加工稳定性作为优化目标,采用遗传算法在分段的加工路径上,对末端γ角进行优化,并采用三次多项式对求解得到的关节轨迹进行平滑插值,实验结果表明,本文的优化策略在一定程度上可以提高工业机器人铣削加工的稳定性。