[发明专利]基于螺旋铣孔的混联机器人不同位姿下加工性能评价方法

说明书

本发明公开了基于螺旋铣孔的混联机器人不同位姿的加工性能评价方法，包括步骤：获取切削力系数；通过模态实验得到混联机器人在不同位姿下的模态参数；预测螺旋铣孔轨迹误差；预测螺旋铣孔切削稳定性；在每个稳定性叶瓣图的稳定性临界状态附近取混联机器人的主轴转速和刀具每公转轴向切削深度作为参数组合，混联机器人进行螺旋铣孔实验时以该组合参数作为切削参数进行工件加工，然后检测工件的加工精度和表面质量，据此评价混联机器人不同位姿下的加工性能。采用本方法可以提高评价效率和评价精度。

技术领域

本发明涉及混联构想机器人在实际生产应用中的加工性能评价，特别是涉及一种基于螺旋铣孔的混联机器人不同位姿下加工性能评价方法。

背景技术

混联机器人由串联模块和并联模块组合而成，具备了串联机器人工作空间大和并联机器人刚度高、承载能力强等的优点。但由于自身结构原因相比传统机床仍存在刚度较弱的问题，尤其在加工钛合金等难加工材料的应用上，受到了较大限制。螺旋铣孔技术也多以此类串联工业机器人为载体进行钛合金/CFRP叠层构件加工，但由于螺旋铣工艺中刀具特殊的运动形式，影响制孔精度的因素相比钻削工艺更多，更复杂。所述加工性能评价方法采取了螺旋铣孔的方式，使混联机器人在切削过程中同时受到径向切削力和轴向力，其螺旋铣孔加工精度及表面质量同时包含机器人加工系统刚度及切削稳定性的信息，因此，可以借助螺旋铣孔的加工过程中的参数及最终加工质量，来分析该机器人系统的加工性能。

目前，对于加工性能的评价还大多数只是针对传统机床，其本质是针对机床在加工空间内某一位置的极限切削参数及其加工精度和质量。对于混联机器人来说由于不同位姿下的机构刚度有较大差异，所以不同位姿下的加工性能也有很大差异，需要针对不同位姿进行模态实验以预测其切削稳定性。选取了半离散时域法对时滞微分方程求解，相对频域法求解精度更高。因此，提出了一种基于螺旋铣孔的混联机器人不同位姿下加工性能评价方法。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以提高评价效率和评价精度基于螺旋铣孔的混联机器人不同位姿下加工性能评价方法。

本发明的基于螺旋铣孔的混联机器人不同位姿的加工性能评价方法，包括以下步骤：

步骤一、获取切削力系数，过程为：

第一步，根据螺旋铣孔过程中垂直刀具切削刃的瞬时切削厚度，建立螺旋铣孔切削力的数学模型：

k＝[k_r k_t k_a]^T

其中表示刀具第j个刀齿切入角为时所受到的切削力，表示刀具第j个刀齿切入角为时得瞬时切削厚度，k为切削力系数矩阵，k_r，k_t，k_a为刀具侧刃沿刀具径向、切向和轴向的剪切效应系数；

第二步，采用正交实验的方法使用混联机器人对工件进行螺旋铣孔切削实验，变量为混联机器人的主轴转速和刀具的轴向切削厚度；使用Kistler三向测力仪采集分别作用在刀具径向、切向和轴向上的切削力信号，由不同工况下的切削力和瞬时切削厚度，根据螺旋铣孔切削力的数学模型解得刀具侧刃沿刀具径向、切向和轴向的剪切效应系数；

步骤二、通过模态实验得到混联机器人在不同位姿下的模态参数,过程为：

第一步，在LMS Test.Lab软件中分别建立所述混联机器人在各位姿下的点线拾振模型；

第二步，按照点线拾振模型确定的各个拾振点的位置，分别在混联机器人的对应点位上安装PCB加速度传感器；

第三步，首先，利用BK力锤敲击混联机器人末端的刀尖点产生激振信号，为了减少测试过程中的随机误差，在机器人坐标系下分别沿XYZ方向敲击多次；