【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钻削装置及其控制方法，尤其涉及一种轻量化自动进给钻削装置及其控制方法，属于设备加工领域。
技术介绍
1、螺栓连接和铆接是飞机装配中最常用的部件连接方式，而这种机械连接方式需要制备大量的装配孔，因此装配孔的制备是飞机装配中的重要任务之一。然而其制孔环节多在装配现场进行，操作空间有限，传统数控机床、工业机器人等加工方式可达性差、难以适用，一般采用自动进给钻削装备配合工人手工移动进行制孔。为降低工人的工作负荷，提高工作效率，航空制造主机厂对自动进给钻削装备的轻量化提出了更高的要求。
2、当钻削金属材料时，为保证钻屑能够顺利排出，自动进给钻削装备一般配备振动单元，使得钻削过程中切削厚度周期性变化，从而实现金属材料的有效断屑。然而，上述断屑机制在改善排屑和提高制孔质量的同时，引入了周期性变化的冲击钻削负载，即扭矩和轴向力。冲击负载增大了电机运行过程中的跟随误差，导致转速、每转进给量等钻削参数发生波动进而失真，降低了制孔质量和工艺的稳定性。
3、在一定范围内，减小伺服周期固然可以在一定程度上改善跟随误差，但受限于电机电流环的响应特性，伺服周期的减小存在极限，当超过下限进一步减小时，反而会降低系统的稳定性。为进一步改善电机的跟随误差，现有技术一般通过增大动力模块，包括电机和减速机构的转动惯量来弱化冲击载荷对电机带来的加速度影响，然而这一举措势必增大动力模块的重量，与自动进给钻削装备的轻量化需求相悖。目前，市场主流自动进给钻削装备中，电机重量占装备手持部分总重量的比重已达到30％以上，动力模块重量占装备
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供了一种用于降低电机运行过程中的跟随误差、减少动力模块的重量的轻量化自动进给钻削装置及其控制方法。
2、技术方案：本专利技术所述轻量化自动进给钻削装置包括包括执行模块、设置于执行模块一侧的动力模块和控制模块，所述执行模块的中部设置振动单元，所述振动单元的轴向依次设有定子、滚子、保持架和转子，所述滚子的接触面一侧为波纹面，另一侧为平面，所述波纹面与所述保持架之间的相对角度为相位角
3、进一步地，所述保持架为环状，所述滚子穿过所述保持架的环面活动设置于所述定子和转子之间，所述滚子沿周向均匀分布于所述保持架上。
4、进一步地，所述波纹面可设置于所述定子的下表面，也可设置于所述转子的上表面，所述保持架的外围固定有第一测针，所述转子的外围固定有第二测针，所述定子的外围表面设有码盘。
5、进一步地，所述定子的下表面为波纹面时，所述相位角为通过所述第一测针和所述码盘获取保持架相对定子的第一角度。
6、进一步地，所述转子的上表面为波纹面时，所述相位角为第一角度与通过所述第二测针和所述码盘获取转子相对定子的第二角度相减。
7、进一步地，所述振动单元的内部设置有传感器，通过传感器实时获取所述相位角并传递至所述控制模块；所述动力模块包括主电机、副电机和传动齿轮组。
8、本专利技术采用所述的轻量化自动进给钻削装置的轻量化自动进给钻削控制方法，通过识别负载波动引起的主电机电流跟随波动特征，预测主电机电流随相位角或者随时间t的变化，即在相域或者时域上，从而给予主电机相应的前馈电流补偿；
9、所述主电机电流在相域上进行前馈电流补偿的步骤如下：
10、(a)根据波纹面和保持架之间的相对角度，实时判断振动信号的相位角并根据相位角对钻削过程进行周期划分，设波纹面的正弦波数量为n，则单个钻削周期的宽度为2π/n，周期之间用第k±x，x∈n个周期编号进行区分；
11、(b)根据自动进给钻削过程，将钻削过程划分为空载阶段、入钻阶段、稳定钻削阶段、出钻阶段、以及退刀阶段；
12、(c)通过振动钻削试验，建立工艺数据库，所述工艺数据库包括在不同刀具参数、工件材料参数、钻削参数、振动参数条件下，钻削过程中空载阶段，主电机的电流均值i0；入钻阶段，相邻周期，主电机电流平均增加值δir，切入相位角平均减小值切出相位角平均增加值稳定钻削阶段，主电机的电流均值is；出钻阶段，相邻周期，主电机电流平均增加值δit，切入相位角平均增加值切出相位角平均减小值退刀阶段初期，主电机的电流均值iv；
13、(d)在钻削过程中，实时监测单个钻削周期内的主电机电流i，并在相域上进行分析，判断当前的钻削状态，以及当前钻削周期内主电机的电流均值、切入相位角和切出相位角；
14、(e)根据当前的钻削状态，并结合当前的工艺数据库，预测后续待补偿钻削周期内主电机的电流均值、切入相位角和切出相位角；
15、(f)采用指定波形进行前馈电流补偿，并根据等功原则，即周期内电流i对相位角的积分与实际所需电流面积相等原则，计算出前馈电流参数。
16、进一步地，所述前馈电流参数在相域上的判断依据如下：
17、(f1)当iavg(k)<＝2*i0时，判断为空载阶段，前馈电流
18、(f2)当2*i0<iavg(k)<0.9*is时，判断进入入钻阶段，前馈电流满足：
19、
20、
21、iqf_avg(k+2)＝iavg(k)-i0+2*δir；
22、
23、(f3)当iavg(k)>＝0.9*is时，判断进入稳定钻削阶段，前馈电流满足：
24、
25、
26、iqf_avg(k+2)＝is-i0；
27、
28、(f4)当iavg(k)<0.9*is时，判断进入出钻阶段，前馈电流满足：
29、
30、
31、iqf_avg(k+2)＝iavg(k)-i0-2*δir，若iqf_avg(k+2)<0，则令iqf_avg(k+2)＝0；
32、若则否则，令
33、iqf_max(k+2)＝0；
34、(f5)当iavg(k)<2*iv时，判断进入退刀阶段，前馈电流
35、进一步地，所述前馈电流补偿的另一种在时域上进行补偿的方法步骤如下：
36、(h)根据自动进给钻削过程，将钻削过程划分空载阶段、入钻阶段、稳定钻削阶段、出钻阶段、退刀阶段，则在不同阶段主电机电流在连续时域上随时间t变化；
37、(i)通过振动钻削试验，建立工艺数据库，包括在不同刀具参数、工件材料参数、钻削参数、振动参数条件下，钻削过程中空载阶段，主电机的电流均值i0；入钻阶段，相邻周期，主电机电流平均增加值δir，单个周期实际切削时间平均增加值δtr；稳定钻削阶段，主电机的电流均值is；出钻阶段，相邻周期，主电机电流平均增加值δit，单个周期实际切削时间平均减小值δtt；退刀阶段初期，主电机的电流均值iv；
38、(j)根据钻削转速r和波纹面的正弦波数量n，计算出振动周本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻量化自动进给钻削装置，包括执行模块(1)、动力模块(2)和控制模块(3)，所述执行模块(1)的中部设置振动单元(4)，所述振动单元(4)的轴向依次设有定子(5)、滚子(6)、保持架(7)和转子(8)，其特征在于，所述滚子(6)的接触面一侧为波纹面(9)，另一侧为平面，所述波纹面(9)与所述保持架(7)之间的相对角度为相位角φ。
2.根据权利要求1所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述保持架(7)为环状，所述滚子(6)穿过所述保持架(7)的环面活动设置于所述定子(5)和转子(8)之间，所述滚子(6)沿周向均匀分布于所述保持架(7)上。
3.根据权利要求1所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述波纹面(9)可设置于所述定子(5)的下表面，也可设置于所述转子(8)的上表面，所述保持架(7)的外围固定有第一测针(10)，所述转子(8)的外围固定有第二测针(11)，所述定子(5)的外围表面设有码盘(12)。
4.根据权利要求3所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述定子(5)的下表面为波纹面(9)时，所述相位角φ为通过所述第
5.根据权利要求4所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述转子(8)的上表面为波纹面(9)时，所述相位角φ为第一角度与通过所述第二测针(11)和所述码盘(12)获取转子(8)相对定子(5)的第二角度相减。
6.根据权利要求5所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述振动单元(4)的内部设置有传感器，通过传感器实时获取所述相位角φ，并传递至所述控制模块(3)；所述动力模块(2)包括主电机、副电机和传动齿轮组。
7.一种采用权利要求1-6任意一项所述的轻量化自动进给钻削装置的轻量化自动进给钻削控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的轻量化自动进给钻削控制方法，其特征在于，步骤(f)所述前馈电流参数在相域上的判断依据如下：
9.根据权利要求7所述的轻量化自动进给钻削控制方法，其特征在于，所述前馈电流补偿的另一种在时域上进行补偿的方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的轻量化自动进给钻削控制方法，其特征在于，步骤(m)所述前馈电流参数在时域上的判断依据如下：
...【技术特征摘要】
1.一种轻量化自动进给钻削装置，包括执行模块(1)、动力模块(2)和控制模块(3)，所述执行模块(1)的中部设置振动单元(4)，所述振动单元(4)的轴向依次设有定子(5)、滚子(6)、保持架(7)和转子(8)，其特征在于，所述滚子(6)的接触面一侧为波纹面(9)，另一侧为平面，所述波纹面(9)与所述保持架(7)之间的相对角度为相位角φ。
2.根据权利要求1所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述保持架(7)为环状，所述滚子(6)穿过所述保持架(7)的环面活动设置于所述定子(5)和转子(8)之间，所述滚子(6)沿周向均匀分布于所述保持架(7)上。
3.根据权利要求1所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述波纹面(9)可设置于所述定子(5)的下表面，也可设置于所述转子(8)的上表面，所述保持架(7)的外围固定有第一测针(10)，所述转子(8)的外围固定有第二测针(11)，所述定子(5)的外围表面设有码盘(12)。
4.根据权利要求3所述的轻量化自动进给钻削装置，其特征在于，所述定子(5)的下表面为波纹面(9)时，所述相位角φ为通过所述第一测针(10)和所述码盘(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：高绍武，杨浩骏，顾笑雷，陈玉荣，陈燕，苏宏华，傅玉灿，
申请(专利权)人：江苏集萃精密制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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