[发明专利]一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法

权利要求书

1.一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

S1对于待处理铣削系统，设定机器人姿态和主轴进给方向，对于设定的机器人姿态，确定在该姿态下机器人末端的笛卡尔刚度椭球；

对于设定的主轴进给方向，以该主轴方向为Z轴方向，刀轴方向为Y方向，建立进给坐标系OXYZ，将该进给坐标系绕其Y轴顺时针旋转θ，获得坐标系OX₁YZ₁，该坐标系中X₁OY平面与所述笛卡尔刚度椭球相交获得相交椭圆，以该椭圆的长轴和短轴方向作为横纵坐标轴方向建立X₂OY₂平面坐标系，其中，θ利用待处理铣削系统中平均切削力计算获得；

S2在所述进给坐标系OXYZ内建立关于切削刚性K_p的二自由度模态耦合动力学方程；构建所述进给坐标系中XOY平面坐标系与X₂OY₂平面坐标系之间的变换矩阵；

S3将所述关于切削刚性K_p的二自由度模态耦合动力学方程进行坐标转换，使其转换至所述X₂OY₂平面坐标系中，化简后获得简化后的动力学方程，即模态耦合颤振表征关系式，根据该模态耦合颤振表征关系式，设定稳定判定条件，对于不稳定的待处理铣削系统，调整所述机器人姿态和主轴进给方向，直至其满足所述判定条件，以此实现模态耦合颤振抑制。

2.如权利要求1所述的一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法，其特征在于，在S1中，所述旋转角度θ按照下列表达式进行：

其中，F_z和F_x分别是在进给坐标系中待处理铣削系统的平均切削力沿Z轴和X轴方向的分力。

3.如权利要求1所述的一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述关于切削刚性K_p的二自由度模态耦合动力学方程按照下列步骤进行：

S21建立待处理铣削系统中关于平均切削力的二自由度模态耦合动力学方程(一)；

S22构建在模态耦合分析中的平均切削力关于切削刚性K_p的关系式(二)；

S23结合所述(一)和平均切削力的关系式(二)获得关于切削刚性K_p的二自由度模态耦合动力学方程。

4.如权利要求3所述的一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法，其特征在于，所述关于平均切削力的二自由度模态耦合动力学方程(一)按照下列表达式进行：

其中，F是平均切削力，M是质量矩阵，Δ是位移矩阵，K是机器人刚度矩阵，m是铣削系统的质量，k_x是X方向的机器人刚性，k_y是Y方向的机器人刚性。

5.如权利要求3所述的一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法，其特征在于，所述平均切削力关于切削刚性K_p的关系式(二)按照下列表达式进行：

F＝[K_p][Δ]

其中，K_p是切削刚性，K_px和K_py分别是X方向和Y方向的切削刚性，由工件材料和切削参数决定，α是X₂OY₂坐标系中横坐标轴与所述进给坐标系横坐标轴的夹角，γ是平均切削力F与X₂OY₂坐标系中横坐标轴与之间的夹角，x是X轴方向的位移，y是Y轴方向的位移，Δ是位移矩阵。

6.如权利要求1所述的一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述关于切削刚性K_p的二自由度模态耦合动力学方程按照下列表达式进行：

其中，K_p是切削刚度，M是质量矩阵，Δ是位移矩阵，K是机器人刚度矩阵。