机器人磨抛力-位-速度协同工艺规划方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术属于材料磨抛加工技术领域，公开了机器人磨抛力

【技术实现步骤摘要】
机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法、系统及终端


[0001]本专利技术属于材料磨抛加工
，尤其涉及一种机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]目前，复杂曲面零件在航空航天、汽车、船舶等领域的应用日益广泛，为保证零件表面的轮廓度和粗糙度，复杂曲面零件一般经过铣削加工后还需磨抛处理。
[0003]目前，手工抛光仍是复杂表面的主要精加工方法，但手工抛光存在加工效率低、精度低等问题，因此有必要开发一种自动化加工方法。目前国内外主要有多轴机床抛光和机器人抛光两种方法，这两种方法可以显着提高加工效率和表面质量，但多轴机床抛光也有明显的缺点：成本高，加工方式固定，灵活性差等。机器人加工为复杂表面的抛光提供了新思路，与多轴机床相比，机器人具有成本低、灵活性好、操作空间大等优点。机器人磨抛应用越来越广泛。
[0004]复杂曲面零件在磨抛时，由于工件轮廓各点曲率不一样，为保证恒定的材料去除深度，确保轮廓精度，需对磨抛工艺参数进行规划。磨抛工艺参数一般包括法向接触力、磨抛工件的进给速度、磨抛工具的线速度等。目前，磨抛工艺参数是通过建立材料去除模型规划的。
[0005]在众多影响磨抛加工效率和质量的因素中，由于磨抛接触力直接决定材料去除率，并且影响最终成品的轮廓精度，因此，沿着工件磨抛路径规划接触力是一个重要问题。通常将接触力控制为恒定，来确保工件上的材料去除率均匀。然而，对于曲率变化较大的复杂曲面零件(例如叶盘叶片)，恒定接触力的材料去除率在不同加工位置差异性会较大，很容易导致一些加工位置出现过抛或者欠抛等问题。因此，为了保证工件不同位置所需要的材料去除量，同时规划复杂曲面零件不同位置的接触力是非常重要的。
[0006]沿着工件磨抛路径规划磨抛进给速度也是一个重要问题。通常将进给速度控制为恒定，进给速度太小导致磨抛加工效率低，进给速度太大则影响磨抛加工质量。因此，有必要对工件不同位置处的进给速度进行规划。
[0007]复杂曲面零件在磨抛加工过程中，磨抛接触力的大小和进给速度是影响磨抛质量的关键。为保证恒定的材料去除深度，确保轮廓精度，提高加工效率，需在复杂曲面不同加工位置对接触力大小和进给速度进行规划。然而，在实际的复杂曲面加工过程中，通常取恒定磨抛接触力和恒定进给速度进行磨抛，没有对接触力和进给速度进行规划，这样会造成材料去除深度不一致，加工效率低等问题。
[0008]综上所述，为了有效保证整体叶盘磨抛加工后的表面粗糙度和表面一致性，提高磨抛加工效率，在材料去除精度和机器人驱动系统约束的条件下，对工件不同加工位置的接触力和进给速度进行规划，实现力
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速度协同工艺规划，实现高效率高精度复杂曲面磨抛加工。
[0009]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0010](1)手工抛光存在加工效率低、精度低等问题；在实际的复杂曲面零件机器人磨抛加工过程中，通常取恒定磨抛接触力和恒定进给速度进行磨抛，没有对接触力和进给速度进行规划，会造成材料去除深度不一致，加工效率低等问题。
[0011](2)将接触力控制为恒定来确保工件上的材料去除率均匀的方法，对于曲率变化较大的复杂曲面零件，恒定接触力的材料去除率在不同加工位置差异性会较大，容易导致加工位置出现过抛或者欠抛等问题。
[0012](3)若将进给速度控制为恒定，则进给速度太小导致磨抛加工效率低，进给速度太大则影响磨抛加工质量。

技术实现思路

[0013]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法、系统及终端，具体涉及一种复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法。
[0014]本专利技术是这样实现的，一种复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法，所述复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法包括：
[0015]确定复杂曲面磨抛零件，通过实验获得工件材料的材料去除率模型，进行材料去除量约束下不同加工位置的磨抛法向接触力规划；生成磨抛刀具轨迹，将刀具轨迹位置和方向B样条光顺，进给驱动系统约束下不同加工位置的进给速度规划；通过工件不同加工位置的接触力和进给速度的共同规划，实现力
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速度协同工艺规划，进而实现高效率高精度的复杂曲面磨抛加工。
[0016]进一步，所述复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法包括以下步骤：
[0017]S1，针对具体的磨抛场景，建立工件材料去除率模型；
[0018]S2，针对具体的磨抛场景，根据工件材料去除模型规划磨抛接触力；
[0019]S3，针对具体的磨抛场景，对软件生成的刀具轨迹进行插值和光顺，实现连续的进给速度；
[0020]S4，针对具体的磨抛场景，在机器人驱动系统约束条件下，规划磨抛进给速度；
[0021]S5，针对具体的磨抛场景，建立力
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速度混合约束下的磨抛工艺规划，实现高效率高精度复杂曲面磨抛加工。
[0022]进一步，所述步骤S1中的工件材料去除率模型通过系列实验数据统计分析得到；通过开展系列磨抛实验获取磨抛材料去除的实验数据，建立磨抛深度与各影响因素之间的关系；通过参数辨识得到材料去除率模型当中的未知参数的值，从而获得工件材料的材料去除率模型。
[0023][0024]其中，h是材料去除深度；K
p
是Preston常数，由接触轮和工件的材料、磨抛接触压力和相对线速度的各种磨抛参数组成；B是综合影响因素，R1是接触轮半径，N
r
是主轴转速，
v
w
是工具
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工件相对进给速度，F是磨抛法向接触力，E是工件和工具的等效弹性模量，W为接触轮宽度；R是工件和接触轮的等效半径；k是补偿系数。
[0025]所述步骤S2中的根据工件材料去除模型规划磨抛接触力包括：
[0026]材料去除的深度h是接触力F、主轴转速N
r
、刀具
‑
工件相对进给速度v
w
、等效半径R的多种影响因素共同作用的结果。以得到的材料去除模型为依据，分析整体叶盘叶片加工过程中的材料去除精度和接触力约束。
[0027]为保证在机器人磨抛加工过程中材料去除深度满足加工要求，整体叶盘叶片不同位置的接触力满足以下要求：
[0028][0029]接触力大小应该满足：
[0030]F≤F
max
；
[0031]其中，F
max
表示接触力的最大允许本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法，其特征在于，所述复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法包括以下步骤：S1，针对具体的磨抛场景，建立工件材料去除率模型；S2，针对具体的磨抛场景，根据工件材料去除模型规划磨抛接触力；S3，针对具体的磨抛场景，对软件生成的刀具轨迹进行插值和光顺，实现连续的进给速度；S4，针对具体的磨抛场景，在机器人驱动系统约束条件下，规划磨抛进给速度；S5，针对具体的磨抛场景，建立力
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速度混合约束下的磨抛工艺规划，实现高效率高精度复杂曲面磨抛加工。2.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法，其特征在于，所述步骤S1中的工件材料去除率模型通过系列实验数据统计分析得到；通过开展系列磨抛实验获取磨抛材料去除的实验数据，建立磨抛深度与各影响因素之间的关系；通过参数辨识得到材料去除率模型当中的未知参数的值，从而获得工件材料的材料去除率模型；其中，h是材料去除深度；K
p
是Preston常数，由接触轮和工件的材料、磨抛接触压力和相对线速度的各种磨抛参数组成；B是综合影响因素，R1是接触轮半径，N
r
是主轴转速，v
w
是工具
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工件相对进给速度，F是磨抛法向接触力，E是工件和工具的等效弹性模量，W为接触轮宽度；R是工件和接触轮的等效半径；k是补偿系数。3.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法，其特征在于，所述步骤S2中根据工件材料去除模型规划磨抛接触力包括：材料去除的深度h是接触力F、主轴转速N
r
、刀具
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工件相对进给速度v
w
、等效半径R的多种影响因素共同作用的结果；以得到的材料去除模型为依据，分析整体叶盘叶片加工过程中的材料去除精度和接触力约束；为保证在机器人磨抛加工过程中材料去除深度满足加工要求，整体叶盘叶片不同位置的接触力满足以下要求：接触力大小应该满足：F≤F
max
；其中，F
max
表示接触力的最大允许值；将接触力约束转化为：
材料去除模型和接触力约束转化为：4.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力
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速度协同工艺规划方法，其特征在于，所述步骤S3中的针对具体的磨抛场景，对软件生成的刀具轨迹进行插值和光顺，实现连续的进给速度包括：将离散刀具轨迹的刀尖位置和刀具方向在工件坐标系中进行光顺；通过软件生成离散的刀尖位置坐标P＝[P
x
,P
y
,P
z
]
T
和刀尖方向坐标O＝[O
i
,O
j
,O
k
]
T
；对磨抛刀具位置和刀轴方向在不同坐标系下分别采用B样条曲线进行拟合，生成样条曲线P(u)和O(w)；利用多项式函数u(s)和w(s)分别将刀具位置的样条参数u和刀具方向的样条参数w拟合到刀具位移弧长上，实现位置参数u和方向参数w统一关联到弧长参数s上，便于对复杂曲面零件不同位置处进行速度规划。5.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力
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位
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速度协同工艺规划方法，其特征在于，所述步骤S4中的针对具体的磨抛场景，在机器人驱动系统约束条件下规划磨抛进给速度包括：工业机器人的关节指令为θ(t)＝[θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6]
T
，θ
i
(i＝1,2,...,6)代表关节i的运动指令；通过机器人逆运动学将末端位姿矩阵转化得到机器人关节角坐标：θ(t)＝Inv(P(t),O(t))；其中，Inv(P(t),O(t))表示工业机器人的运动学逆变换，P(t)和O(t)分别代表刀具刀尖位置和刀具方向的位置坐标；为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨吉祥，陈海清，齐睿彬，丁汉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：