[發(fā)明專利]雙機(jī)器人協(xié)作弱剛性構(gòu)件銑削剛度強(qiáng)化與顫振抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110493631.1
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113059571B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田威;王品章;李波;廖文和;梁爽;崔光裕;李宇飛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00;B23C3/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蘇良

本發(fā)明提供了一種雙機(jī)器人協(xié)作弱剛性構(gòu)件銑削剛度強(qiáng)化與顫振抑制方法，包括：搭建弱剛性支架的動力學(xué)模型，確定最優(yōu)支撐力的大小、方向及作用點(diǎn)；分析機(jī)器人系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)間的耦合關(guān)系，并通過變微分法建立機(jī)器人機(jī)電耦合動力學(xué)模型；結(jié)合AGV冗余自由度，確定剛度強(qiáng)化的最優(yōu)支撐姿態(tài)與支撐力；通過采集并分析機(jī)器人銑削顫振，結(jié)合動力學(xué)模型與電機(jī)電流?電機(jī)扭矩映射模型，在不改變機(jī)器人支撐姿態(tài)及銑削軌跡的基礎(chǔ)上確定顫振抑制的電機(jī)電流。本發(fā)明的方法，柔性好、自適應(yīng)強(qiáng)，同時(shí)考慮了支架與機(jī)器人的剛度強(qiáng)化與姿態(tài)優(yōu)化，通過調(diào)節(jié)電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)雙機(jī)器人協(xié)作顫振抑制，實(shí)用性及通用性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于弱剛性構(gòu)件銑削加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及雙機(jī)器人協(xié)作弱剛性構(gòu)件銑削剛度強(qiáng)化與顫振抑制方法。

背景技術(shù)

隨著航空航天產(chǎn)品的不斷發(fā)展，其高性能需求對加工工藝及裝備提出了更高的挑戰(zhàn)。加工顫振是銑削加工過程中不可避免的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，其嚴(yán)重影響加工質(zhì)量與效率，嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生刀具磨損、斷裂，甚至造成工件報(bào)廢。對于弱剛性結(jié)構(gòu)件外裝配支架的銑削加工，其整體結(jié)構(gòu)尺寸大、開敞性差、加工面多且統(tǒng)一基準(zhǔn)精度要求高，傳統(tǒng)的分體離線的機(jī)床加工方法已經(jīng)無法滿足加工需求，研究一種能夠抑制大型弱剛性構(gòu)件銑削加工顫振的加工工藝及機(jī)器人智能裝備，具有十分重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

構(gòu)件的弱剛性是導(dǎo)致其銑削加工顫振的主要原因之一，中國專利“CN108846242A，基于預(yù)壓應(yīng)力施加的薄壁件銑削顫振抑制方法”，采用模態(tài)實(shí)驗(yàn)得到工件及刀具的模態(tài)參數(shù)，構(gòu)建薄壁件銑削動力學(xué)模型并繪制穩(wěn)定葉瓣圖，通過求解固有頻率與軸向切深及預(yù)拉應(yīng)力之間數(shù)學(xué)模型得到所需拉應(yīng)力大小，實(shí)現(xiàn)銑削加工顫振抑制。中國專利“CN109968099A，基于動支撐的薄壁件銑削顫振抑制方法”，利用有限元得到工件質(zhì)量、剛度和阻尼矩陣，通過接觸理論計(jì)算得到動支撐提供的等效剛度和阻尼，快速得到工件在不同刀具位置點(diǎn)處的動力學(xué)參數(shù)并進(jìn)行穩(wěn)定性預(yù)測。上述兩項(xiàng)專利方案分別采用施加預(yù)應(yīng)力和動支撐的方式提升工件的剛度來抑制薄壁件的加工顫振，顫振抑制方法上對工件的開敞性及表面的平整度有較高的要求，同時(shí)忽略了加工設(shè)備的顫振，抑制效果有限。

除了工件及刀具的加工顫振外，機(jī)器人裝備也是影響顫振抑制效果的重要因素，中國專利“CN111633650A，一種基于機(jī)器人剛度特性的模態(tài)耦合顫振抑制方法”，設(shè)定機(jī)器人姿態(tài)和主軸進(jìn)給方向，建立關(guān)于切削剛性的二自由度模態(tài)耦合動力學(xué)方程，結(jié)合穩(wěn)定判定條件，在不穩(wěn)定的待銑削處進(jìn)行機(jī)器人姿態(tài)和主軸進(jìn)給調(diào)整，實(shí)現(xiàn)模態(tài)耦合顫振抑制。該方法中改變機(jī)器人姿態(tài)的方法對機(jī)器人精度有較高的要求，若存在誤差則直接影響銑削精度，且不適用于開敞性差及大范圍銑削加工，而進(jìn)給方向的調(diào)整直接影響后續(xù)加工余量，存在較大的局限性。

由于機(jī)床是現(xiàn)有主要的銑削加工裝備，因此目前的顫振抑制方法主要是針對刀具及工件，且其對適用的場景及對象有較高的要求，不適用于大尺寸、開敞性較差的薄壁件外支架面銑削加工。機(jī)器人裝備由于其高柔性、高靈活性及開敞性的工作空間等特點(diǎn)，使其成為未來智能裝備發(fā)展的重要趨勢，且目前對機(jī)器人顫振抑制的研究不足，抑制效果有限且應(yīng)用場景存在較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)背景中所指的現(xiàn)有技術(shù)存在的不足及需求，本發(fā)明提出一種雙機(jī)器人協(xié)作弱剛性構(gòu)件銑削剛度強(qiáng)化與顫振抑制方法，用于弱剛性構(gòu)件的機(jī)器人變姿態(tài)支撐剛度強(qiáng)化與雙機(jī)器人同步非線性加工顫振控制。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

雙機(jī)器人協(xié)作弱剛性構(gòu)件銑削剛度強(qiáng)化與顫振抑制方法，采用的雙機(jī)器人協(xié)作剛度強(qiáng)化與顫振抑制系統(tǒng)包括第一AGV全向移動平臺和第二AGV全向移動平臺，所述第一AGV全向移動平臺上搭載有銑削加工機(jī)器人，所述銑削加工機(jī)器人末端設(shè)置有銑削加工電主軸，所述銑削加工電主軸和所述銑削加工機(jī)器人末端法蘭盤間固定有加速度傳感器；所述第二AGV全向移動平臺上搭載有輔助支撐剛度強(qiáng)化機(jī)器人，所述輔助支撐剛度強(qiáng)化機(jī)器人末端設(shè)置有用于抓住弱剛性支架的支撐夾爪，所述支撐夾爪和所述輔助支撐剛度強(qiáng)化機(jī)器人末端法蘭盤間固定有六維力傳感器；

雙機(jī)器人協(xié)作剛度強(qiáng)化與顫振抑制方法包括如下步驟：