一种薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于薄壁件铣削技术领域，更具体地，涉及一种薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置。
【背景技术】
[0002]制造业在世界工业化进程中始终发挥着主体作用，一个国家经济的崛起很大程度上取决于制造业的发展。薄壁件已广泛运用于航空航天领域，其制造能力和水平代表了国家制造业的核心竞争力。薄壁件以尺寸大(如长桁、大梁、壁板等)，结构形状复杂(如具有各种形式的槽腔结构、下陷、加强筋及凸缘，带有变斜角、空间复杂曲面等)，薄壁结构(壁板、整体框、肋等)、材料去除率高(部分零件可达90 %以上)，尺寸及位置精度要求高，零件表面质量要求高，零件品种规格多但批量较小等为特征。
[0003]在数控铣削过程中，由于切削力和其他不确定载荷的作用，工艺系统会发生振动，而振动的发生会严重影响工件的加工表面质量和精度，制约加工工艺的发展；由于薄壁件具有上述的结构复杂性与加工难度，所以通过改变加工工艺参数、调整转速和切深的传统被动方法来抑制铣削振动已经无法满足薄壁件在铣削加工时对振动的实时抑制要求，故严重制约了薄壁件铣削加工的效率，降低了其表面质量。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置，旨在解决现有技术中薄壁零件在铣削时容易出现的严重影响加工表面质量和精度的振动问题。
[0005]本发明提供了一种薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置，包括刚性底盘、机械手臂系统、音圈电机、薄板、立柱、主轴(含刀柄和刀具)、支架、激光位移传感器、激光位移传感器的转换器、控制器、显示器、音圈电机的驱动器；所述的机械手臂系统用以控制四个机械手臂跟随机床主轴的进给运动；所述的音圈电机共四个，分别为第一、第二和第三音圈电机以及第四音圈电机，用以对薄板提供辅助支撑以及抑制薄板的振动；所述的控制器为NI控制器，内含7852、4472等控制板卡，用以对振动位移信号进行采集、处理并输出相应的控制电压对四个音圈电机进行控制；所述的刚性底盘为八边形的钢质材料，其上配置有用以安装立柱和四个机械手臂的结构；所述的激光位移传感器用以检测薄板的振动位移。
[0006]其中薄板可以采用铝合金薄板。
[0007]其中上述各器件的整体位置关系为:所述的机械手臂系统以对称方式安装于刚性底盘的边缘，薄板通过安装在刚性底盘上的立柱固定在刚性底盘上方，音圈电机被机械手臂系统夹持且位于薄板下方，并可以紧贴刚性底盘的表面做水平移动，立式主轴垂直于薄板并位于其上方，主轴刀柄上安装有支架，支架上安装有激光位移传感器。
[0008]具体的，所述的机械手臂系统包括四个机械手臂，一个伺服电机驱动器，一个机械手臂控制模块；四个机械手臂对称位于八边形刚性底盘的边缘，且其中的第一、第二、第三音圈电机位于一个等边三角形的三个顶点处，而第四音圈电机位于该等边三角形的中心点处；同时，每一个机械手臂都有两个关节，这两个关节通过两个伺服电机来驱动(故共有八个伺服电机)，这两个伺服电机分别位于八边形刚性底盘的上方和下方；每一个机械手臂的末端都位于刚性底盘的上方且安装有一个音圈电机，这些伺服电机通过伺服电机驱动器连接于机械手臂控制模块中，由该控制模块控制这八个伺服电机的工作，使其带动四个音圈电机跟随机床主轴的进给速度和方向。
[0009]具体的，所述的四个音圈电机分别被四个机械手臂的末端夹持，并且第一、第二和第三音圈电机位于一个等边三角形的三个顶点处，第四音圈电机位于该等边三角形的中心点处。
[0010]具体的，所述的立柱固定在刚性底盘上，薄板的四个角被固定在立柱上，使得薄板与刚性底盘之间的距离在18?22cm之间(因为薄板下方要放置音圈电机，音圈电机本身有一定的高度且同时需要保证音圈电机在做上下运动时可以接触到薄板)。
[0011]具体的，所述的激光位移传感器共有三个，安装于一个等边三角形支架上，该支架固定在机床刀柄上，且这三个激光位移传感器分别位于该等边三角形支架的三个顶点处，用以检测薄板的振动位移；在铣削加工时，确保安装在支架上的三个激光位移传感器所发出的激光点与安装在第一、第二和第三机械手臂末端的第一、第二和第三音圈电机的作用点重合，此时位于薄板下方等边三角形中心点处的第四音圈电机的作用点将与刀具接触薄板时的铣削点重合。
[0012]具体的，工作时，先把位于薄板下方等边三角形中心点处的第四音圈电机取下，换上一个激光位移传感器LS，使此时的机械手臂系统不工作，然后铣削刀具开始在固定点铣肖IJ，得到四个激光位移传感器的输出信号，通过离线辨识与建模方法，得到激光位移传感器LS的测量信号与其他三个激光位移传感器所测信号之间的关系模型，并用后者来表示前者；随后将激光位移传感器LS取下，换上第四音圈电机，铣削开始:在四个机械手臂所能覆盖的公共区域内，刀具开始对薄板进行铣削，三个激光位移传感器将测量的位移信号在其转换器中转换为电压信号，然后将该电压信号输入到NI控制器中，NI控制器经过相应的处理后，输出四个控制电压信号给四个音圈电机的驱动器，驱动器将该电压信号进行放大转换后输出四个控制电流作用在相应的音圈电机上，使其产生相应的控制力以抑制各自作用点处薄板的振动；由于薄板刚性差，所以铣削进行时会产生很大的变形，而四个音圈电机在抑制振动的同时也起到了辅助支撑的作用；同时，机械手臂控制模块控制四个机械手臂按照机床主轴事先设定好的进给速度和方向进行移动，使得机械手臂系统的移动与主轴的进给运动保持一致；在此过程中，观察NI控制器中得到的各点的振动位移信号，然后不断调节NI控制器中的相关参数，使得各点处的振动位移幅值达到最小，从而实现了薄壁件铣削振动的随动抑制。
[0013]本发明可以使得抑振装置实时跟随铣削刀具的移动，并且对振动的测量点与对振动抑制的作用点重合，从而对薄壁件在铣削时的振动实现了精确的随动抑制，大幅提高了薄壁件铣削加工时的表面质量和精度。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例提供的薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置的整体结构示意图；
[0015]图2为本发明实施例提供的机械手臂系统与音圈电机的布局示意图；
[0016]图3为本发明实施例提供的主轴与刀柄上安装的激光位移传感器的布局示意图；
[0017]其中，I为刚性底盘、2为第一、第二和第三音圈电机、3为第四音圈电机、4为立柱、5为薄板、6为主轴(含刀柄和刀具)、7为等边三角形支架、8为等边三角形支架顶点处的三个激光位移传感器、9为第一、第二和第三机械手臂、10为第四机械手臂、11为伺服电机驱动器、12为机械手臂控制模块、13为转换器、14为显示器、15为控制器、16为驱动器。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]薄壁件由于其具有尺寸大、结构形状复杂、材料去除率高、位置精度要求高等特点，以及在铣削时会存在切削力和其他不确定载荷的作用，造成加工时工艺系统会发生振动，而振动的发生极大降低了薄壁件的加工表面质量和效率。
[0020]多机械手臂随动抑制装置可以实时跟随铣削加工点的移动，并且对振动的测量点与对振动抑制的作用点重合，从而对薄壁件的铣削振动进行精确的随动抑制，提高了加工表面质量和效率。本发明以激光位移传感器来检测相应的音圈电机在薄板上的作用点处的振动位移，并发送给NI控制器进行处理，NI控制器输出控制电压对音圈电机的振动进行实时控制以抑制薄板在铣削时的振动；同时在铣削主轴的移动过程中，机械手臂系统带动音圈跟随主轴的进给运动，对铣削路径上多点的振动进行全程实时