[發明專利]一種考慮本體結構振動的機器人銑削加工穩定性預測方法

在審

• 申請號: 202210520266.3
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN114952831A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 唐小衛;彭芳瑜;辛世豪;閆蓉;楊慰;吳嘉偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00;B23C3/00;G06F17/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜

本發明屬于銑削加工領域，并具體公開了一種考慮本體結構振動的機器人銑削加工穩定性預測方法，其包括如下步驟：構建考慮刀工分離和時變過程阻尼帶來的阻尼力的動態切削力模型，根據該動態切削力模型，結合機器人動力學方程，得到多倍時滯切削狀態的離散圖；根據多倍時滯切削狀態的離散圖計算機器人結構低頻振動周期內所有齒通周期的過渡矩陣，并根據機器人銑削加工參數計算過渡矩陣特征值的模；若特征值的模均小于1，則系統穩定，否則系統不穩定。本發明建立了刀具工件分離模型、時變過程阻尼模型，提出切觸狀態相關時滯系數，基于此建立了考慮機器人本體結構振動的銑削再生顫振穩定性模型，實現了機器人銑削加工穩定性的準確預測。

技術領域

本發明屬于銑削加工領域，更具體地，涉及一種考慮本體結構振動的機器人銑削加工穩定性預測方法。

背景技術

目前關于機器人銑削穩定性的研究報導中，重點關注了主軸-刀具或機器人模態在不同穩定性模型下的表現以及不同轉速下顫振的區別。尚未考慮弱剛性的機器人銑削系統的結構低頻振動對穩定性的影響。然而機器人銑削加工中具有振幅較大的結構低頻振動，常規的動力學模型中無法考慮該成分對加工穩定性的作用。因此，低頻振動對刀具工件相互作用力和幾何關系的作用機理有待研究，建立考慮機器人結構低頻振動的銑削穩定性預測模型，有助于實現更為精準的機器人無顫振切削參數的預測。

目前考慮低頻振動的機器人銑削穩定性研究十分匱乏，僅有Mohammadi等人開展了軸向低頻振動對銑削再生顫振的影響的相關研究。他們考慮了機器人振動導致的刀具軸向低頻振動，將該振動直接引入穩定性求解過程中，實現了相應的穩定性建模與求解。然而，由于只考慮了軸向振動，新模型的預測結果與實際加工中的穩定性仍存在較大的差異。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種考慮本體結構振動的機器人銑削加工穩定性預測方法，其目的在于，考慮機器人結構低頻振動，實現機器人銑削加工穩定性的準確預測。

為實現上述目的，本發明提出了一種考慮本體結構振動的機器人銑削加工穩定性預測方法，包括如下步驟：

S1、根據動態切削力模型，結合機器人動力學方程，得到多倍時滯切削狀態的離散圖；

所述動態切削力模型具體如下：

其中，F_x、F_y分別為x和y方向的動態切削力，x(t),y(t)分別為t時刻在x和y方向的動態位移，x方向為進給向，y方向為法向；C_pd,ij(t)為過程阻尼系數，A_ij為動態切削力系數，B_ij為動態過程阻尼系數，τ為時滯系數，i表示第i個切削微元，j表示第j個刀齒，T_tp為齒通周期時間，M為總切削微元數，N為總刀齒數，dz為軸向微元高度；為當前徑向接觸角，為當前切削狀態的單位階躍函數；

S2、根據多倍時滯切削狀態的離散圖計算機器人結構低頻振動周期內所有齒通周期的過渡矩陣，并根據機器人銑削加工參數計算過渡矩陣特征值的模；若特征值的模均小于1，則系統穩定，否則系統不穩定。

作為進一步優選的，當前切削狀態的單位階躍函數其中，為第一單位階躍函數，用于表示當前切削刃微元是否參加切削；為第二單位階躍函數，用于表示徑向刀具工件是否分離。

作為進一步優選的，第一單位階躍函數具體如下：

其中，為當前徑向接觸角，為切入角，為切出角。

作為進一步優選的，第二單位階躍函數具體如下：

其中，h_rv,ij為機器人結構低頻振動導致的切厚變化，h_ij(t)為當前切削厚度。