[发明专利]一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法

说明书

本发明属于薄壁件加工技术领域，提供一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法。支撑装置末端安装有压电式传感器和电涡流传感器，可对支撑力数据和局部法矢进行实时测量；在加工之前，支撑端对工件施加一定的支撑力，并按照根据工件廓形生成的预加工‑支撑轨迹进行试加工，并采集力信号；根据支撑力信号对加工稳定性进行诊断，并根据诊断结果调整目标支撑力；根据目标支撑力调整支撑侧位置，获得薄壁工件在目标支撑力作用下的实际廓形，结合工件壁厚信息对加工轨迹进行再规划；正式加工过程中，支撑端维持恒定的支撑力并随着加工侧的移动而移动，二者时刻保持镜像对称关系。该方法可避免环境污染和加工振动问题，有效提高加工质量。

技术领域

本发明属于薄壁件加工技术领域，特别涉及一种基于力反馈控制的大型薄壁件镜像加工方法。

背景技术

镜像加工是解决大型薄壁零件高效稳定加工难题的有效手段之一，已经被广泛应用于飞机蒙皮、火箭燃料贮箱壁板等航空航天高端装备关键零部件的加工之中。镜像加工系统中，刀具与支撑装置分列于工件两端，刀具在工件待加工表面进行加工，支撑装置在工件另一侧顶撑，两者同步跟随并时刻保持镜像关系。镜像稳定支撑可有效抵消刀具对工件的轴向顶撑作用，减少工件受力变形，提高系统刚度，抑制加工颤振。如何实现镜像稳定支撑是保证镜像加工稳定进行的关键。

为了保证镜像加工稳定支撑，国内外研究学者进行了大量探索和有益尝试。目前，“工件廓形扫描测量-加工/支撑轨迹规划-数字化加工”是实现镜像稳定支撑的主流方案。然而，这种支撑方案依赖于廓形传感器高精度扫描测量、测量点云数据精确处理以及机床的高精度运动，难以有效保证镜像稳定支撑。一方面，支撑末端微小的位置偏差(机床运动偏差、传感器测量误差、环境干扰等)要么导致支撑端与工件之间巨大的接触力，损坏工件和刀具，导致工件过切(甚至可能完全切穿工件)，要么导致支撑与工件虚接触，难以保证稳定支撑，影响加工稳定性。另一方面，在不同的支撑力作用下，工件加工过程中发生受力变形，影响加工精度。

基于支撑力反馈控制的镜像加工方法是保证镜像稳定支撑的有效途径。通过将力传感器集成于支撑端，根据支撑力反馈信号控制支撑侧进给运动，实现稳定支撑。将支撑力大小控制在一定范围内，一方面可以避免因支撑力过大造成支撑与工件的硬接触，损坏工件，也可以避免虚接的产生；另一方面，稳定可控的支撑力可以有效避免工件过大的受力变形，保证加工精度。因此，对工件进行恒力控制获得支撑力轨迹，根据支撑力轨迹和工件壁厚重新计算加工侧轨迹，不仅可以有效避免镜像加工过程中的硬接触与虚接触，而且可以有效保证加工精度。

2017年肖聚亮在专利201710908288.6中提出一种双机器人镜像铣削等壁厚加工的协调运动同步控制方法，该方法根据刀具与支撑头的位姿要求，建立相应坐标系之间的变化关系，求解了加工端与支撑端机器人关节参数，实现等壁厚闭环控制，提高了壁厚精度与表面质量。但该方法仅实现了机器人末端的位姿控制，并未涉及支撑端的稳定支撑，容易导致虚接或工件过切，甚至造成工件贯穿损坏。2017年盛贤君在专利201710137247.1中提出了一种面向大型薄壁构件镜像加工支撑侧的支撑方法，该方法采用阻抗控制策略根据力传感器的反馈信息，自动调整支撑装置的位姿，实现支撑力的稳定控制。但该方法需事先获得支撑-工件-刀具工艺系统的动力学特性，且并未涉及加工侧轨迹规划问题。因此，需要一种基于支撑力反馈控制的大型薄壁件镜像加工方法，自动控制支撑力大小，并根据支撑力轨迹自动规划加工轨迹，以保证镜像稳定支撑和加工精度。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是针对大型薄壁件镜像加工过程难以保证稳定支撑和加工精度的问题，发明了一种技术效果优良的基于力反馈控制的大型薄壁构件镜像加工方法与支撑装置。本发明提出的大型薄壁构件镜像加工方法与支撑装置，可以实现镜像加工过程的支撑力信号采集；根据支撑力实测信号实时调整支撑侧位置，实现对薄壁构件的恒力支撑，保证稳定支撑；根据恒力支撑轨迹和工件壁厚，获取加工侧轨迹，保证加工精度。