[发明专利]一种改善机器人铣边稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种改善机器人铣边稳定性的方法，首先，根据刀具运动学规律，机器人纵扭旋转超声铣边被分为分离型和不分离型两种。其次，通过分析纵扭复合超声振动作用下的动态铣削层厚度和动态铣削力，提出不分离型机器人纵扭旋转超声铣边稳定域求解新思路。然后，以不分离型颤振稳定性解析为基础，研究扭转超声振动对刀具与工件分离特性的影响规律，构建分离型机器人纵扭旋转超声铣边稳定域预测模型。接着，运用响应速度较快的全离散法求解系统的动力学微分方程。最后，编写以上稳定性解析方法运算程序绘制分离型机器人纵扭旋转超声铣边颤振稳定性曲线。本发明可有效解决机器人铣边过程中加工系统颤振问题。

技术领域

本发明属于机器人铣边技术领域，涉及一种改善机器人铣边稳定性的方法，主要内容是提出将分离型的纵扭旋转超声加工技术与机器人铣边相结合提升机器人铣边稳定性，同时实现对机器人纵扭旋转超声铣边稳定域的准确快速预测，为实际生产提供技术支撑与理论指导。

背景技术

当前，复合材料因其具有可设计性、轻质、高强、抗疲劳、耐腐蚀、易修补等优点成为航空航天的首选材料。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》已经将复合材料构件设计、制造、加工等关键技术列入制造业重点发展领域的优先主题。然而，由于其成形精度差，成型过程中通常需要在构件边缘留有余量作为牺牲层，固化之后进行铣削去除，称之为铣边，以满足与其他零部件的装配及连接要求。对于复合材料零件铣边而言，现有的传统机床在加工行程上存在局限性，开发专用机床成本高，手工切边效率低、精度差。因此，具有高灵活性、低成本特点的工业机器人被用于大型复合材料铣边已成为一种趋势。但本身结构弱刚性的缺点导致其在铣边过程中极易出现颤振现象。强烈的抖动不仅破坏已加工表面的质量、影响零件的铣边精度，还会加剧刀具磨损及损坏机器人铣边系统。近些年来，由于纵扭旋转超声加工技术在切削过程中具有减小切削力、降低切削温度、减轻刀具磨损等优点被广泛地应用于难加工材料的铣削当中。它通过压电陶瓷将电信号转化为机械振动再传递给变幅杆放大，产生高频的纵向振动。然后，通过变幅杆上的螺旋斜槽将一部分纵振能量转化为扭振能量。最终在刀具末端形成高频稳定的纵扭复合振动，使其实现断续切削的效果。文献Zhang Y,Bo Z,Wang Y,et al.Effect of machining parameters on the stabilityof separated and unseparated ultrasonic vibration of feed direction assistedmilling[J].Journal of Mechanical ScienceTechnology,2017,31(2):851-858.的研究表明纵扭旋转超声铣削根据运动学特性可以分为分离型和不分离性两种。分离型的纵扭旋转超声铣削在单个超声振动周期内又包括分离部分和不分离两个部分。这种同时具有分离和不分离两种特性的超声加工方式(分离型纵扭旋转超声加工)有可能大幅改善弱刚性机器人铣边系统加工稳定性。

发明内容

本发明提出一种将分离型纵扭旋转超声加工技术与工业机器人相结合以大幅改善机器人铣边稳定性的方法。

实现上述目的的技术方案为：

一种改善机器人铣边稳定性的方法，包括以下步骤：

步骤1、分析机器人纵扭旋转超声铣边刀具运动学特性：分析铣边刀具切削刃的运动学轨迹和速度，定义纵扭旋转超声振动作用下的超声功能角，划分分离型机器人纵扭旋转超声铣边和不分离型机器人纵扭旋转超声铣边；

步骤2、解析不分离型机器人纵扭旋转超声铣边稳定性：分析刀具运动学规律变化对动态切削层厚度的影响，给出纵扭超声振动作用下机器人铣边动态切削层厚度和总切屑厚度的计算表达式；基于切屑厚度模型计算得到单个齿作用下的切削力，并通过线性化处理得到单个切削刃下的动态铣削力模型；计算得到机器人纵扭旋转超声铣边动态铣削力总表达式；