CN113110290A - 一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法 - Google Patents

一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113110290A
CN113110290A CN202110366071.3A CN202110366071A CN113110290A CN 113110290 A CN113110290 A CN 113110290A CN 202110366071 A CN202110366071 A CN 202110366071A CN 113110290 A CN113110290 A CN 113110290A
Authority
CN
China
Prior art keywords
supporting
force
machining
workpiece
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110366071.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113110290B (zh
Inventor
薄其乐
巩悦
刘海波
王永青
李特
李旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202110366071.3A priority Critical patent/CN113110290B/zh
Publication of CN113110290A publication Critical patent/CN113110290A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113110290B publication Critical patent/CN113110290B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/21—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device
    • G05B19/23—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control

Abstract

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。

Description

一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法
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。
本发明所采用的技术方案是一种基于力反馈控制的大型薄壁件镜像加工方法与支撑装置，其特征是，该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。方法的具体步骤如下：
第一步，将大型薄壁件安装在镜像加工装备上。
所述的镜像加工装备包括支撑侧I、夹持装置II和加工侧III；
所述的支撑侧I中，支撑装置1通过螺纹安装在左回转工作台2上，左回转工作台2带动支撑装置1实现左右摆动；左回转工作台2通过螺栓安装在左主轴箱3上，左主轴箱3在伺服电机的带动下实现上下运动；左主轴箱3通过滑块安装在左立柱4上，左立柱4在伺服电机的带动下实现水平运动；
所述的支撑装置1中，压电传感器1.1内置在支撑装置1中心，并通过后端连接螺钉与连接板1.5固定，用于测量支撑力的大小；涡流传感器1.2在连接板1.5圆周方向上均匀分布，并通过螺钉安装；支撑头1.3通过螺纹连接在压电传感器1.1的顶端；支撑头1.3内置弹簧1.5，用以保护压电传感器1.1；圆球1.4位于弹簧1.5顶端，用以在工件表面滚动；
所述的加工侧III中，刀具5通过弹簧夹套安装在电主轴6上，电主轴6安装在右回转工作台7上；右回转工作台7通过螺栓安装在右主轴箱8上，右主轴箱8在伺服电机的带动下实现上下运动；右主轴箱8通过滑块安装在右立柱9上，右立柱9在伺服电机的带动下实现水平运动；
第二步，利用自抗扰(ADRC)算法控制支撑侧移动，对工件施加恒力支撑。并按照根据工件廓形生成的预加工-支撑轨迹进行试加工，并采集力信号与支撑端位置信息。
采用非线性微分跟踪器(TD)对目标支撑力信号Fd及其微分信号进行信号跟踪：
Figure BDA0003007507590000041
其中，v1为输入信号Fd的跟踪值，v2为输入信号Fd的微分跟踪值，h为采样周期，v为输入信号Fd，δ为决定跟踪快慢的参数。fst函数为最速控制综合函数，可表示为：
Figure BDA0003007507590000042
其中：d＝δh；d0＝hd；y＝x1+hx2；
Figure BDA0003007507590000043
利用非线性扩张状态观测器(ESO)，从被控输出中提炼出系统的扰动作用，可表示为：
Figure BDA0003007507590000044
Figure BDA0003007507590000051
其中，输出信号y为实测支撑力信号Fa，z1和z2分别为输出信号y及其微分信号的跟踪函数，z3为作用于系统的所有不确定扰动的综合。β01，β02，β03，α01，α02，δ0为需要整定的参数，其中β01，β02，β03是影响ESO观测性能的主要参数。增大β01和β02可有效抑制振动，但值过大会导致控制系统发散，β03则控制扰动估计的滞后性，其值越大，滞后性越小。b0为补偿因子，与被控对象模型有关的变量。
利用非线性状态误差反馈(NLESF)将误差信号及其微分信号进行非线性组合：
u0＝β1fal(e1,α1,δ1)+β2fal(e2,α2,δ1) (5)
其中，β1为比例系数，β2为微分系数。α1，α2，δ1为需要整定的参数，且0<α1<1<α2。
Figure BDA0003007507590000052
对所求控制量进行扰动补偿得实际力控制量为：
Figure BDA0003007507590000053
将力控制量uf采用阻抗控制策略转换为位置调节量Δz，实现恒力支撑。
利用LABVIEW编写支撑力反馈控制程序。支撑力反馈控制程序包括UMAC运动控制器/数据采集卡通讯、支撑力信号采集、ADRC控制算法和运动控制器驱动等模块。以LABVIEW软件为上位机，通过调用UMAC运动控制器底层函数和数据采集卡底层函数，建立支撑力反馈控制程序与下位机UMAC运动控制器和数据采集卡的通讯，采集支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}和支撑力信号{si,i＝1,2,…,n}，n为采集数据量；并向UMAC运动控制器发送指令uf，驱动支撑侧Z轴电机运动，保证恒力支撑。
根据支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}对支撑侧试加工轨迹进行规划，并计算起始支撑点位置，生成试加工程序代码。将支撑侧运动至起始支撑点，在UMAC执行软件Pewin32pro2中运行试加工程序。运动过程中若发现支撑侧支撑力有大幅度波动，需暂停运动程序与力控制程序，重新调节力位混合控制程序参数直至支撑侧在运动过程中能够维持力的稳定。
第三步，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。
将支撑力信号{si,i＝1,2,…,n}划分为m个数据段{srp,r＝1,2,…,m；p＝1,2,…,n/m}，计算每个数据段{srp,r＝1,2,…,m；p＝1,2,…,n/m}的最大值sr_max＝{max{srp},r＝1,2,…,m}与最小值sr_min＝{min{srp},r＝1,2,…,m}。计算每个数据段最大值与最小值的差值sr_d＝{sr_max-sr_min,r＝1,2,…,m}。当sr_d≥σ时，认定加工不稳定；如果sr_d＜σ，则认定加工稳定；其中σ的值根据加工表面粗糙度决定。如果认定加工不稳定，则增大目标支撑力Fd，并重复第二步与第三步；如果认定加工稳定，则保持目标支撑力Fd不变。
第四步，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。
利用编写的LABVIEW控制程序，根据目标支撑力控制电机运动，对工件施加恒力支撑，并采集支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}，n为采集数据量。根据目标支撑力下的支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}、工件毛坯壁厚D、剩余壁厚DR和支撑侧-加工侧各轴位置偏差{Δx,Δy,Δz}，规划加工侧轨迹{xmi,ymi,zmi,i＝1,2,…,n}。
Figure BDA0003007507590000071
由于数据点采样时的采样周期很短，故相邻两点间的距离很短(最长线段不超过0.5mm)，对于大型薄壁构件而言，其相邻采样点之间的目标圆弧线可以被近似认为是直线段。此时运动程序为由点阵生成的两侧对应位置的点组成的运动代码。
第五步，根据生成的加工代码，将生成的支撑侧轨迹{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}和加工侧轨迹{xmi,ymi,zmi,i＝1,2,…,n}传输给控制系统，控制支撑侧和加工侧机床运动，进行镜像加工。
本发明的有益效果是：
1.本发明的镜像加工方法可以根据支撑力信号实时反馈控制支撑侧电机驱动，保证支撑侧与工件之间的稳定接触，有效避免工件虚接或支撑力过大；
2.本发明的顶撑装置采用压电传感器对支撑力进行监测，支撑端运动过程中保持恒力顶撑同时进行了坐标数据采集，得到工件在恒力顶撑作用下的实际加工时的廓型，在实际加工时可有效保证支撑侧支撑力的恒定，保证了加工时的稳定性。
3.本发明所采用的大型薄壁构件镜像加工方法可避免传统化学铣削带来的环境污染和传统机械铣削存在加工振动问题，有效提高加工质量。
附图说明
图1为镜像加工装备主体结构；
图2为镜像支撑装置；
图3为基于ADRC的力位混合控制程序框图；
图4为工件单个栅格加工-支撑轨迹；
图中：I支撑侧；II夹持装置；III加工侧；1支撑装置；2左回转工作台；3左主轴箱；4左立柱；5刀具；6电主轴；7右回转工作台；8右主轴箱；9右立柱；1.1压电传感器；1.2涡流传感器；1.3支撑头；1.4圆球；1.5连接板。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案与优势更加清晰明了，以下结合附图和实例详细说明本发明的实施方式。待加工工件尺寸为750mm×550mm×6mm，曲率半径为4000mm，需要将目标位置处栅格加工至剩余壁厚2mm。切削用量分别为1mm、1mm、1mm、0.5mm、0.5mm，五次切削完成栅格加工。
本发明所采取的技术方案具体实施过程包括：
步骤一：将夹持装置安装于镜像加工工作台，根据大型薄壁零件尺寸，通过调节T形槽中滑块的位置来调整夹持装置的大小与位置，将大型薄壁零件立式装夹于工作台上，旋动螺母使工件夹紧，如图1所示。
步骤二：根据图3所示的基于ADRC的力位混合控制程序框图，在LABVIEW中编写支撑侧控制程序。设定目标支撑力为100N。以LABVIEW软件为上位机，通过调用UMAC运动控制器底层函数和数据采集卡底层函数，建立支撑力反馈控制程序与下位机UMAC运动控制器和数据采集卡的通讯，采集支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}和支撑力信号{si,i＝1,2,…,n}，n为采集数据量；并向UMAC运动控制器发送指令uf，驱动支撑侧Z轴电机运动，利用发明的支撑装置(如图2所示)以保持薄壁零件运动过程中所受支撑力恒定。
根据支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}对支撑侧试加工轨迹进行规划，并计算起始支撑点位置，生成试加工程序代码，部分代码如下：
UNDEFINE ALL
&1
#5->1000U
#6->1000V
I5113＝10
P570＝-150.77；加工起点X
P571＝-290.62；加工起点Y
P572＝-300；加工起点Z
P573＝P570-36.389；支撑起点X
P574＝P571+7.483；支撑起点Y
P575＝102；X距离
P576＝110；Y距离
FRAX(U,V)
OPEN PROG 7CLEAR
M03 S8000
G90 G01 TM5000
X(P570)Y(P571)U(P573)V(P574)
DWELL 2000
Z(P572)
DWELL 10000
F10
G18 G02 X(P570+P575)Z(P572)R4000 U(P573+P575)
DWELL200
G01 Y(P571-P576)V(P574-P576)
DWELL200
G18 G03 X(P570)Z(P572)R4000 U(P573)
DWELL200
G01 Y(P571-1)V(P574-1)
DWELL200
…
M05
G91 G01 Z 50
CLOSE
将支撑侧运动至起始支撑点，在UMAC执行软件Pewin32pro2中运行试加工程序。
步骤三，将支撑力信号划分为m个数据段{srp,r＝1,2,…,m；p＝1,2,…,n/m}，计算每个数据段{srp,r＝1,2,…,m；p＝1,2,…,n/m}的最大值sr_max＝{max{srp},r＝1,2,…,m}与最小值sr_min＝{min{srp},r＝1,2,…,m}。计算每个数据段最大值与最小值的差值sr_d＝{sr_max-sr_min,r＝1,2,…,m}。根据工件加工表面粗糙度，设定σ＝150。经过计算，sr_d＜σ，认定加工稳定，保持目标支撑力Fd不变。
步骤四：利用编写的LABVIEW控制程序，根据目标支撑力控制电机运动，对工件施加恒力支撑，并采集支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}，n为采集数据量。根据目标支撑力下的支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}、工件毛坯壁厚D、剩余壁厚DR和支撑侧-加工侧各轴位置偏差{Δx,Δy,Δz}，规划加工侧轨迹{xmi,ymi,zmi,i＝1,2,…,n}。工件单个栅格加工-支撑轨迹如图4所示。
由于数据点采样时的采样周期很短，故相邻两点间的距离很短(最长线段不超过0.5mm)，对于大型薄壁构件而言，其相邻采样点之间的目标圆弧线可以被近似认为是直线段。此时运动程序为由点阵生成的两侧对应位置的点组成的运动代码。整个工件的镜像加工程序部分代码如下：
UNDEFINE ALL
&1
#1->1000X
#2->1000Y
#3->1000Z
#5->1000U
#6->1000V
#7->1000W
P570＝-163.300；加工起点X
P571＝-290.62；加工起点Y
P572＝-333.464；加工起点Z
P573＝P570-36.389；支撑起点X
P574＝P571+7.483；支撑起点Y
FRAX(X,Y,Z,U,V,W)
OPEN PROG 7CLEAR
M03 S8000
G90 G01 F30
X(P570)Y(P571)U(P573)V(P574)
DWELL 2000
W-201.805
F5
Z(P572)
DWELL 2000
G90 G01 F20
X-163.3Y-290.62Z-334.219U-187.159V-283.137W-201.805
X-163.3Y-290.62Z-334.219U-187.159V-283.137W-201.805
…
G91 G01
Z50 W50
M05
CLOSE
步骤五：根据生成的加工代码，将生成的支撑侧轨迹{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}和加工侧轨迹{xmi,ymi,zmi,i＝1,2,…,n}传输给控制系统，控制支撑侧和加工侧机床运动，进行镜像加工。
本发明可实现对镜像加工过程中的支撑力信号进行实时采集，并根据支撑力信号动态调整支撑位置，保证镜像加工过程中的恒力支撑；本发明通过工件恒力支撑轨迹规划加工轨迹，并根据支撑力信号对加工稳定性进行诊断，加工过程稳定，加工精度与表面质量高，具有很高的实用价值。

Claims (1)

1.一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法，其特征在于，在支撑装置末端安装有压电式传感器和电涡流传感器，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；
具体步骤如下：
第一步，将大型薄壁件安装在镜像加工装备上
所述的镜像加工装备包括支撑侧(I)、夹持装置(II)和加工侧(III)；
所述的支撑侧(I)中，支撑装置(1)通过螺纹安装在左回转工作台(2)上，左回转工作台(2)带动支撑装置(1)实现左右摆动；左回转工作台(2)通过螺栓安装在左主轴箱(3)上，左主轴箱(3)在伺服电机的带动下实现上下运动；左主轴箱(3)通过滑块安装在左立柱(4)上，左立柱(4)在伺服电机的带动下实现水平运动；
所述的支撑装置(1)中，压电传感器(1.1)内置在支撑装置(1)中心，并通过后端连接螺钉与连接板(1.5)固定，用于测量支撑力的大小；涡流传感器(1.2)在连接板(1.5)圆周方向上均匀分布，并通过螺钉安装；支撑头(1.3)通过螺纹连接在压电传感器(1.1)的顶端；支撑头(1.3)内置弹簧(1.5)，用以保护压电传感器(1.1)；圆球(1.4)位于弹簧(1.5)顶端，用以在工件表面滚动；
所述的加工侧(III)中，刀具(5)通过弹簧夹套安装在电主轴(6)上，电主轴(6)安装在右回转工作台(7)上；右回转工作台(7)通过螺栓安装在右主轴箱(8)上，右主轴箱(8)在伺服电机的带动下实现上下运动；右主轴箱(8)通过滑块安装在右立柱(9)上，右立柱(9)在伺服电机的带动下实现水平运动；
将夹持装置(II)安装于镜像加工装备工作台，根据工件实际尺寸调整加持装置的大小与位置，利用工作台T形槽对工件周边进行立式装夹；
第二步，利用自抗扰算法控制支撑侧移动，对工件施加恒力支撑；并按照根据工件廓形生成的预加工-支撑轨迹进行试加工，并采集力信号与支撑端位置信息；
采用非线性微分跟踪器对目标支撑力信号Fd及其微分信号进行信号跟踪：
Figure FDA0003007507580000021
其中，v1为输入信号Fd的跟踪值，v2为输入信号Fd的微分跟踪值，h为采样周期，v为输入信号Fd，δ为决定跟踪快慢的参数；fst函数为最速控制综合函数，表示为：
Figure FDA0003007507580000022
其中：d＝δh；d0＝hd；y＝x1+hx2；
Figure FDA0003007507580000023
利用非线性扩张状态观测器，从被控输出中提炼出系统的扰动作用，表示为：
Figure FDA0003007507580000031
Figure FDA0003007507580000032
其中，输出信号y为实测支撑力信号Fa，z1和z2分别为输出信号y及其微分信号的跟踪函数，z3为作用于系统的所有不确定扰动的综合；β01，β02，β03，α01，α02，δ0为需要整定的参数，其中β01，β02，β03是影响ESO观测性能的主要参数；增大β01和β02可有效抑制振动，但值过大会导致控制系统发散，β03则控制扰动估计的滞后性，其值越大，滞后性越小；b0为补偿因子，与被控对象模型有关的变量；
利用非线性状态误差反馈将误差信号及其微分信号进行非线性组合：
u0＝β1fal(e1,α1,δ1)+β2fal(e2,α2,δ1) (5)
其中，β1为比例系数，β2为微分系数；α1，α2，δ1为需要整定的参数，且0<α1<1<α2；
Figure FDA0003007507580000033
对所求控制量进行扰动补偿得实际力控制量为：
Figure FDA0003007507580000034
将力控制量uf采用阻抗控制策略转换为位置调节量Δz，实现恒力支撑；
利用LABVIEW编写支撑力反馈控制程序；支撑力反馈控制程序包括UMAC运动控制器/数据采集卡通讯模块、支撑力信号采集模块、ADRC控制算法和运动控制器驱动模块；以LABVIEW软件为上位机，通过调用UMAC运动控制器底层函数和数据采集卡底层函数，建立支撑力反馈控制程序与下位机UMAC运动控制器和数据采集卡的通讯，采集支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}和支撑力信号{si,i＝1,2,…,n}，n为采集数据量；并向UMAC运动控制器发送指令uf，驱动支撑侧Z轴电机运动，保证恒力支撑；
根据支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}对支撑侧试加工轨迹进行规划，并计算起始支撑点位置，生成试加工程序代码；将支撑侧运动至起始支撑点，在UMAC执行软件Pewin32pro2中运行试加工程序；运动过程中若发现支撑侧支撑力有大幅度波动，需暂停运动程序与力控制程序，重新调节力位混合控制程序参数直至支撑侧在运动过程中能够维持力的稳定；
第三步，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；
将支撑力信号{si,i＝1,2,…,n}划分为m个数据段{srp,r＝1,2,…,m；p＝1,2,…,n/m}，计算每个数据段{srp,r＝1,2,…,m；p＝1,2,…,n/m}的最大值sr_max＝{max{srp},r＝1,2,…,m}与最小值sr_min＝{min{srp},r＝1,2,…,m}；计算每个数据段最大值与最小值的差值sr_d＝{sr_max-sr_min,r＝1,2,…,m}；当sr_d≥σ时，认定加工不稳定；如果sr_d＜σ，则认定加工稳定；其中σ的值根据加工表面粗糙度决定；如果认定加工不稳定，则增大目标支撑力Fd，并重复第二步与第三步；如果认定加工稳定，则保持目标支撑力Fd不变；
第四步，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；
利用编写的LABVIEW控制程序，根据目标支撑力控制电机运动，对工件施加恒力支撑，并采集支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}，n为采集数据量；根据目标支撑力下的支撑侧机床坐标{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}、工件毛坯壁厚D、剩余壁厚DR和支撑侧-加工侧各轴位置偏差{Δx,Δy,Δz}，规划加工侧轨迹{xmi,ymi,zmi,i＝1,2,…,n}；
Figure FDA0003007507580000051
由于数据点采样时的采样周期很短，故相邻两点间的距离很短，最长线段不超过0.5mm，对于大型薄壁构件而言，其相邻采样点之间的目标圆弧线被近似认为是直线段；此时运动程序为由点阵生成的两侧对应位置的点组成的运动代码；
第五步，根据生成的加工代码，将生成的支撑侧轨迹{xsi,ysi,zsi,i＝1,2,…,n}和加工侧轨迹{xmi,ymi,zmi,i＝1,2,…,n}传输给控制系统，控制支撑侧和加工侧机床运动，进行镜像加工。
CN202110366071.3A 2021-04-06 2021-04-06 一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法 Active CN113110290B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110366071.3A CN113110290B (zh) 2021-04-06 2021-04-06 一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110366071.3A CN113110290B (zh) 2021-04-06 2021-04-06 一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113110290A true CN113110290A (zh) 2021-07-13
CN113110290B CN113110290B (zh) 2022-06-14

Family

ID=76713956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110366071.3A Active CN113110290B (zh) 2021-04-06 2021-04-06 一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113110290B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113787219A (zh) * 2021-08-26 2021-12-14 上海交通大学 一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置
CN116107267A (zh) * 2023-03-07 2023-05-12 苏州经贸职业技术学院 一种数控机床控制参数优化方法及装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104440158A (zh) * 2014-11-12 2015-03-25 南京航空航天大学 飞机蒙皮镜像铣削顶撑方法及装备
CN106964823A (zh) * 2017-03-09 2017-07-21 大连理工大学 一种大型薄壁构件镜像加工支撑侧的支撑方法
CN107344251A (zh) * 2017-07-13 2017-11-14 上海拓璞数控科技股份有限公司 蒙皮加工的镜像铣削方法与系统
CN107976955A (zh) * 2017-11-07 2018-05-01 大连理工大学 一种大型薄壁零件复杂曲面镜像加工方法
CN109676420A (zh) * 2019-02-19 2019-04-26 大连理工大学 一种大型薄壁件支撑装置及方法
CN110560758A (zh) * 2019-08-26 2019-12-13 上海拓璞数控科技股份有限公司 双五轴镜像同步加工系统及镜像同步补偿铣削方法
CN110618653A (zh) * 2019-09-12 2019-12-27 上海拓璞数控科技股份有限公司 飞机蒙皮镜像铣削刀路轨迹自动生成方法及装置
CN110956000A (zh) * 2019-12-02 2020-04-03 中科院南京天文仪器有限公司 大口径检验镜重锤支撑参数设计方法
CN111195830A (zh) * 2020-02-03 2020-05-26 大连理工大学 一种大型薄壁筒件数字化减薄加工方法
CN111438676A (zh) * 2020-02-28 2020-07-24 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种薄壁构件镜像加工辅助支撑机器人及其跟随支撑方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104440158A (zh) * 2014-11-12 2015-03-25 南京航空航天大学 飞机蒙皮镜像铣削顶撑方法及装备
CN106964823A (zh) * 2017-03-09 2017-07-21 大连理工大学 一种大型薄壁构件镜像加工支撑侧的支撑方法
CN107344251A (zh) * 2017-07-13 2017-11-14 上海拓璞数控科技股份有限公司 蒙皮加工的镜像铣削方法与系统
CN107976955A (zh) * 2017-11-07 2018-05-01 大连理工大学 一种大型薄壁零件复杂曲面镜像加工方法
CN109676420A (zh) * 2019-02-19 2019-04-26 大连理工大学 一种大型薄壁件支撑装置及方法
CN110560758A (zh) * 2019-08-26 2019-12-13 上海拓璞数控科技股份有限公司 双五轴镜像同步加工系统及镜像同步补偿铣削方法
CN110618653A (zh) * 2019-09-12 2019-12-27 上海拓璞数控科技股份有限公司 飞机蒙皮镜像铣削刀路轨迹自动生成方法及装置
CN110956000A (zh) * 2019-12-02 2020-04-03 中科院南京天文仪器有限公司 大口径检验镜重锤支撑参数设计方法
CN111195830A (zh) * 2020-02-03 2020-05-26 大连理工大学 一种大型薄壁筒件数字化减薄加工方法
CN111438676A (zh) * 2020-02-28 2020-07-24 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种薄壁构件镜像加工辅助支撑机器人及其跟随支撑方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QILE BO: "The influence of supporting force on machining stability during mirror milling of thin-walled parts", 《THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY》 *
张豪: "镜像加工装备的位置/力混合控制研究", 《组合机床与自动化加工技术》 *
王昌瑞等: "飞机蒙皮镜像铣加工稳定性分析", 《航空学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113787219A (zh) * 2021-08-26 2021-12-14 上海交通大学 一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置
CN113787219B (zh) * 2021-08-26 2024-03-26 上海交通大学 一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置
CN116107267A (zh) * 2023-03-07 2023-05-12 苏州经贸职业技术学院 一种数控机床控制参数优化方法及装置
CN116107267B (zh) * 2023-03-07 2023-07-18 苏州经贸职业技术学院 一种数控机床控制参数优化方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113110290B (zh) 2022-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lyu et al. Dynamic error of CNC machine tools: a state-of-the-art review
Khoshdarregi et al. Integrated five-axis trajectory shaping and contour error compensation for high-speed CNC machine tools
Chiu et al. Contouring control of machine tool feed drive systems: a task coordinate frame approach
CN113110290B (zh) 一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法
Chen et al. Robotic grinding of a blisk with two degrees of freedom contact force control
JP4137386B2 (ja) 数値制御工作機械の制御方法及び数値制御工作機械
EP2634657B1 (en) Numerical control method
JP4813912B2 (ja) 未加工品と工作機械の工具との間の相対運動の運動分割方法、および運動分割を実施するための工作機械
US8260443B2 (en) Method for the optimized movement co-ordination of measuring machines or machine tools with redundant axles having a translatory action
US4963805A (en) Numerical control apparatus for machining non-circular workpieces
CN105729305A (zh) 力位耦合微动精密抛光装置及在线力检测与控制方法
CN110408925B (zh) 激光熔覆机床激光头高度动态调节方法、装置及系统
Fan et al. The integral sliding mode control of a pneumatic force servo for the polishing process
Yang et al. Contouring error control of the tool center point function for five-axis machine tools based on model predictive control
Uchiyama Estimation of tool orientation contour errors for five-axismachining
CN113156819B (zh) 协调打磨机械臂系统自适应神经网络同步阻抗控制方法
Yang et al. Identification of workpiece location on rotary tables to minimize tracking errors in five-axis machining
CN113199491A (zh) 一种工业机器人恒力打磨方法
Yang et al. Kinematics model and trajectory interpolation algorithm for CNC turning of non-circular profiles
Pan et al. Robotic machining from programming to process control
CN113946922B (zh) 一种五轴联动铣削过程的动力学集成建模和加工精度预测方法
CN114750146B (zh) 一种机器人铣削轨迹精度补偿方法
CN115302527A (zh) 一种双机器人自动钻铆设备
CN109290843B (zh) 精密数控机床倾斜进给系统换向误差峰值预测方法
Yang et al. Generalized cutting loads decomposition model of five-axis serial machine tools based on the screw theory

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant