[发明专利]一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置及控制方法

说明书

本发明属于磨抛接触力控制领域，并公开了一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置。所述磨抛装置包括可变速柔顺磨抛机构、一维直线模组力控伺服运动平台以及用于连接所述可变速柔顺磨抛机构和直线模组力控伺服运动平台的连接装置，一维直线模组力控伺服运动平台包括直线伺服模组电机、滚珠丝杠、直线模组滑块、直线模组基座及控制器。本发明还公开了该装置的控制方法。本发明的全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置，一维力传感器采集可变速柔顺磨抛机构与待磨抛工件的接触力信号并通过控制器来控制伺服电机进行精密运动，进而实时改变可变速柔顺磨抛机构与待磨抛工件的接触状态，从而实现可变速柔顺磨抛机构与待磨抛工件保持自适应变力柔顺接触。

技术领域

本发明属于磨抛接触力控制技术领域，更具体地，涉及一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置及控制方法。

背景技术

随着科技的不断发展，复杂的自由曲面在航空航天领域的应用越来越广泛。这些复杂的曲面并不能由初等解析曲面简单组成，即难以获得自由复杂曲面的精确解析解，且航空发动叶片由于易变形的特点往往要求智能磨抛机构具有精确的力控制和一定的柔顺性，并且可以补偿由于工业机器人的运动精度有限，再加上待加工工件的装夹误差，实际加工的表面精度并不是很理想等缺陷，因此复杂曲面的精密加工是亟待解决的制造难题。

目前复杂自由曲面的表面精密加工主要有数控抛光技术和人为手工研磨的方式。其中，数控抛光技术存在数控机床价格昂贵和加工效率低的缺点，而人工抛光劳动强度大，加工效率低，工作环境恶劣，同时工件精度受工人技术熟练程度影响很大，严重制约了工件的表面质量。与传统加工方式相比，工业机器人有着灵活性好，通用性强，易于拓展等优点，工业机器人在磨抛加工过程中往往要求磨抛工具与待磨抛工件之间的接触力保持恒定，因此研究曲面变力磨抛加工装置及控制方法很有必要。

机器人柔顺性可分为主动柔顺与被动柔顺。例如美国MIT Draper实验中心设计的远程中心柔顺的无源机械装置，但是由于弹簧精度不可控，故容易产生过磨或磨抛不均匀的问题。主动柔顺中奥地利一家公司生产的气动变力装置ACF(Active contact flange)能够较好实现工具末端与工件之间的接触力。虽然目前国内已经在对机器人力控打磨进行了相关的研究，但是还有一定的局限性和缺陷，如缺少力反馈高带宽控制技术的研究等。因此，研究机器人的力控制并将其用于机器人的磨抛加工具有一定的创新性，符合目前机械加工领域的潮流。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置及控制方法，其目的在于通过设计一种一维智能磨抛机构，原位实时调整磨抛力，从而实现提高打磨精度、实现柔性打磨的同时，防止过磨和磨抛不均匀，通过自适应砂带磨抛机构的设置，对叶片不同区域采用不同的磨抛方式，提高磨抛精度，同时通过对控制器的设置，实现变力磨削的闭环控制，由此解决磨抛精度低和磨削力难于控制的技术问题。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置，其特征在于，包括可变速柔顺磨抛机构、一维直线模组力控伺服运动平台以及用于连接所述可变速柔顺磨抛机构和直线模组力控伺服运动平台的连接装置；其中，

所述可变速柔顺磨抛机构包括三角板、设于所述三角板上的打磨接触轮以及套设于所述打磨接触轮上的砂带，所述砂带与待磨抛工件接触的部位形成进刀点，用于磨抛待磨抛工件；

所述连接装置包括直线滑轨、安装板以及一维力传感器，所述直线滑轨固定于所述安装板上，并通过所述一维力传感器与所述砂带相连，所述一维力传感器用于实时测量所述可变速柔顺磨抛机构与待磨抛工件之间的接触力；