[发明专利]一种高阶切触包络式磨抛加工控制系统及方法

说明书

本发明属于智能磨抛加工制造技术领域，具体涉及一种高阶切触包络式磨抛加工控制系统及方法。该控制系统包括：磨抛加工参数规划模块、工件位姿控制模块、砂带顺应控制模块、包络加工模块以及磨抛量测量模块，磨抛加工参数规划模块用于识别工件曲面中的凸曲面，工件位姿控制模块和砂带顺应控制模块动作协同，进而实时调整工件的位姿以及所述包络加工模块与扇形柱面的接触力，以在该条件下对工件进行磨抛加工；磨抛量测量模块用于判断磨抛加工是否完成。本发明还公开了相应的方法。本发明实现对加工工件的高阶切包络，同时工件位姿控制模块和砂带顺应控制模块动作协同继续协同作用，以实现闭环控制，保证了系统响应的稳定性、快速性、准确性。

技术领域

本发明属于智能磨抛加工制造技术领域，更具体地，涉及一种高阶切触包络式磨抛加工控制系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，复杂曲面在航空航天、汽车、船舶等领域的应用日益广泛。这些曲面不能由初等解析曲面组成，难以获得自由复杂曲面的精确解析解，因此复杂曲面的精加工是亟待解决的制造难题。

现阶段自由曲面的表面精加工主要有手工研磨和自动化抛光两种方式。前者劳动强度较大、加工效率低、磨抛余量不均匀、零件表面一致性受工人技术熟练程度影响很大。并且在实际工作过程中，技术工人采用检测样板来规划磨抛加工余量及评估磨抛加工质量，样品检测效率低，通用性差。后者主要采用接触轮式或自由式砂带磨抛：接触轮的弹性变形不仅破坏了原本磨削路径规划时的切触约束而且导致接触面受力不均；自由式砂带磨抛虽然对凸自由曲面形成包覆式高阶切接触的理想接触面，但行业缺乏对其包覆理论的研究，工业应用大多处于通过反复实验获取工艺参数的阶段。砂带对工件曲面的包络，接触区域的作用力等认知一直处于原始阶段。

为充分发挥自由式砂带磨抛的潜力，亟待研发一种高阶切触包络式磨抛加工控制方法，以实现智能加工制造中对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高阶切触包络式磨抛加工控制系统及方法，其采用磨抛过程中工件位姿控制模块和砂带顺应控制模块动作协同，实现对加工工件的高阶切包络，同时在包络加工模块加工过程中，工件位姿控制模块和砂带顺应控制模块动作协同继续协同作用，以实现控制量的闭环控制，保证了系统响应的稳定性、快速性、准确性和加工的精确性。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供磨抛加工参数规划模块、工件位姿控制模块、砂带顺应控制模块、包络加工模块以及磨抛量测量模块，其中，

所述磨抛加工参数规划模块用于识别工件曲面中的凸曲面，并将该凸曲面划分成多个扇形柱面，同时获取各扇形柱面的理论磨抛量、包络角及几何信息；

所述工件位姿控制模块根据所述扇形柱面的包络角及几何信息，生成工件主动动作的期望值，并结合其测量获得的工件主动动作的实际值，实时调整工件的运动位姿；所述砂带顺应控制模块根据所述工件主动动作的实际值生成砂带顺应控制模块顺应动作期望值，并结合其顺应动作实际值，实时调整所述包络加工模块对所述扇形柱面包覆的角度及接触力；所述工件位姿控制模块和砂带顺应控制模块动作协同，进而实时调整工件的位姿以及所述包络加工模块与扇形柱面的接触力，并使所述包络加工模块对扇形柱面包覆的角度等于该扇形柱面的包络角，以在该条件下对工件进行磨抛加工；

所述包络加工模块用于磨抛加工所述扇形柱面，并实时测量其与所述扇形柱面的接触力，并将该接触力信息反馈给所述砂带顺应控制模块；

所述磨抛量测量模块根据工件主动动作的实际值和所述砂带顺应控制模块顺应动作实际值生成各扇形柱面的实际磨抛量，并根据比对实际磨抛量和理论磨抛量来判断工件磨抛加工是否完成。