[发明专利]一种机器人多轴铣削稳定性模型及其构建方法

权利要求书

1.一种机器人多轴铣削稳定性模型的构建方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1建立机器人多轴铣削过程中的局部刀具坐标系；

S2根据步骤S1建立的局部刀具坐标系，利用特征线、交线与投影线确定环形刀的切触区域；

S3根据步骤S2确定的切触区域推导环形刀多轴铣削的动态铣削力，并根据其建立局部刀具坐标系下的多轴铣削稳定性模型；

S4经过坐标变换将局部刀具坐标系下的多轴铣削稳定性模型变换到机器人主轴坐标系下的多轴铣削稳定性模型，以此获得考虑冗余角与进给方向的机器人多轴铣削稳定性模型。

2.如权利要求1所述的机器人多轴铣削稳定性模型的构建方法，其特征在于，步骤S1中，所述局部刀具坐标系TCS中，z轴为刀轴矢量方向，x、y轴为与其垂直的正交矢量。

3.如权利要求1所述的机器人多轴铣削稳定性模型的构建方法，其特征在于，步骤S2具体为：求解环形刀刀具包络面与当前加工工件表面的分界线，以此获得所述特征线；求解环形刀刀具包络面与未加工工件表面的分界线，以此获得所述交线；求解环形刀刀具包络面与前一相邻刀路加工表面的分界线，以此获得所述投影线；判定所述环形刀特征线前方、交线下方和投影线左方的区域为所述环形刀的切触区域。

4.如权利要求1所述的机器人多轴铣削稳定性模型的构建方法，其特征在于，步骤S3包括如下子步骤：

S31利用下式计算环形刀多轴铣削的动态切厚h_d：

式中，Δq为动态位移差，κ(z)为刀刃微元沿刀轴z方向轴向接触角，为t时刻刀刃微元的径向接触角；

S32根据动态切厚h_d和切触区域计算刀刃微元径向、轴向、切向方向组成的坐标系下的动态切削力：

式中，为刀刃微元径向、轴向、切向方向组成的坐标系下t时刻第j个刀齿上沿刀轴方向高度为z的第l个刀刃微元受到的动态切削力，为径向动态切削力，为切向动态切削力，为轴向动态切削力，K_rc为径向切削力系数，K_tc为切向切削力系数，K_ac为轴向切削力系数，g_j(z,t)为切触区域判定函数，其中当刀刃在切触区域内取值为1，当刀刃在切触区域外取值为0，Δb为刀刃微元切宽；

S33将刀刃微元径向、轴向、切向方向组成的坐标系下刀刃微元的动态切削力变换为局部刀具坐标系TCS下刀刃微元的动态切削力：

式中，为局部刀具坐标系TCS下刀刃微元的动态切削力；

S34对局部刀具坐标系TCS下刀刃微元的动态切削力进行积分，获得局部刀具坐标系TCS下刀具的动态切削力：

式中，为局部刀具坐标系下刀具的动态切削力，N为刀齿数量，M为刀刃沿刀轴方向离散数量，A为刀刃微元径向、轴向、切向方向组成的坐标系向局部刀具坐标系TCS的转换矩阵，K_c为切削力系数，n为刀刃微元外法矢量，Δz为刀刃微元沿刀具轴向离散长度；

S35根据步骤S34获得的局部刀具坐标系TCS下刀具的动态切削力获得局部刀具坐标系TCS下的铣削动力学方程：

式中，M_T为局部刀具坐标系TCS下的质量矩阵，C_T为局部刀具坐标系TCS下的阻尼矩阵，K_T为局部刀具坐标系TCS下的刚度矩阵，为局部刀具坐标系TCS下的关节角加速度，为局部刀具坐标系TCS下的关节角速度，q_T(t)为局部刀具坐标系TCS下的关节转角。