[发明专利]双机器人协作弱刚性构件铣削刚度强化与颤振抑制方法

说明书

本发明提供了一种双机器人协作弱刚性构件铣削刚度强化与颤振抑制方法，包括：搭建弱刚性支架的动力学模型，确定最优支撑力的大小、方向及作用点；分析机器人系统各结构间的耦合关系，并通过变微分法建立机器人机电耦合动力学模型；结合AGV冗余自由度，确定刚度强化的最优支撑姿态与支撑力；通过采集并分析机器人铣削颤振，结合动力学模型与电机电流‑电机扭矩映射模型，在不改变机器人支撑姿态及铣削轨迹的基础上确定颤振抑制的电机电流。本发明的方法，柔性好、自适应强，同时考虑了支架与机器人的刚度强化与姿态优化，通过调节电机电流实现双机器人协作颤振抑制，实用性及通用性好。

技术领域

本发明属于弱刚性构件铣削加工技术领域，涉及双机器人协作弱刚性构件铣削刚度强化与颤振抑制方法。

背景技术

随着航空航天产品的不断发展，其高性能需求对加工工艺及装备提出了更高的挑战。加工颤振是铣削加工过程中不可避免的一种不稳定现象，其严重影响加工质量与效率，严重时将产生刀具磨损、断裂，甚至造成工件报废。对于弱刚性结构件外装配支架的铣削加工，其整体结构尺寸大、开敞性差、加工面多且统一基准精度要求高，传统的分体离线的机床加工方法已经无法满足加工需求，研究一种能够抑制大型弱刚性构件铣削加工颤振的加工工艺及机器人智能装备，具有十分重要的理论与实际应用价值。

构件的弱刚性是导致其铣削加工颤振的主要原因之一，中国专利“CN108846242A，基于预压应力施加的薄壁件铣削颤振抑制方法”，采用模态实验得到工件及刀具的模态参数，构建薄壁件铣削动力学模型并绘制稳定叶瓣图，通过求解固有频率与轴向切深及预拉应力之间数学模型得到所需拉应力大小，实现铣削加工颤振抑制。中国专利“CN109968099A，基于动支撑的薄壁件铣削颤振抑制方法”，利用有限元得到工件质量、刚度和阻尼矩阵，通过接触理论计算得到动支撑提供的等效刚度和阻尼，快速得到工件在不同刀具位置点处的动力学参数并进行稳定性预测。上述两项专利方案分别采用施加预应力和动支撑的方式提升工件的刚度来抑制薄壁件的加工颤振，颤振抑制方法上对工件的开敞性及表面的平整度有较高的要求，同时忽略了加工设备的颤振，抑制效果有限。

除了工件及刀具的加工颤振外，机器人装备也是影响颤振抑制效果的重要因素，中国专利“CN111633650A，一种基于机器人刚度特性的模态耦合颤振抑制方法”，设定机器人姿态和主轴进给方向，建立关于切削刚性的二自由度模态耦合动力学方程，结合稳定判定条件，在不稳定的待铣削处进行机器人姿态和主轴进给调整，实现模态耦合颤振抑制。该方法中改变机器人姿态的方法对机器人精度有较高的要求，若存在误差则直接影响铣削精度，且不适用于开敞性差及大范围铣削加工，而进给方向的调整直接影响后续加工余量，存在较大的局限性。

由于机床是现有主要的铣削加工装备，因此目前的颤振抑制方法主要是针对刀具及工件，且其对适用的场景及对象有较高的要求，不适用于大尺寸、开敞性较差的薄壁件外支架面铣削加工。机器人装备由于其高柔性、高灵活性及开敞性的工作空间等特点，使其成为未来智能装备发展的重要趋势，且目前对机器人颤振抑制的研究不足，抑制效果有限且应用场景存在较大的局限性。

发明内容

针对上述技术背景中所指的现有技术存在的不足及需求，本发明提出一种双机器人协作弱刚性构件铣削刚度强化与颤振抑制方法，用于弱刚性构件的机器人变姿态支撑刚度强化与双机器人同步非线性加工颤振控制。

本发明所采用的技术方案为：

双机器人协作弱刚性构件铣削刚度强化与颤振抑制方法，采用的双机器人协作刚度强化与颤振抑制系统包括第一AGV全向移动平台和第二AGV全向移动平台，所述第一AGV全向移动平台上搭载有铣削加工机器人，所述铣削加工机器人末端设置有铣削加工电主轴，所述铣削加工电主轴和所述铣削加工机器人末端法兰盘间固定有加速度传感器；所述第二AGV全向移动平台上搭载有辅助支撑刚度强化机器人，所述辅助支撑刚度强化机器人末端设置有用于抓住弱刚性支架的支撑夹爪，所述支撑夹爪和所述辅助支撑刚度强化机器人末端法兰盘间固定有六维力传感器；

双机器人协作刚度强化与颤振抑制方法包括如下步骤：