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_2

文档序号:8273778阅读:来源:国知局
抑制。下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]在本发明实施例中,薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置,用于主动抑制铣削加工中薄壁件的振动,并采用柔性铝合金薄板作为薄壁件的代表,所选择的铝合金薄板为正方形,边长为40cm,厚度为3mm ;如图1所示,该装置包括刚性底盘1、机械手臂系统、第一音圈电机、第二音圈电机、第三音圈电机(图中均标记为2)和第四音圈电机3、四个刚性立柱(图中均标记为4)、铝合金薄板5、主轴6 (含刀柄和刀具)、支架7、三个激光位移传感器(图中均标记为8)、激光位移传感器的转换器13、显示器14、NI控制器15、音圈电机的驱动器16 ;其中,机械手臂系统包括四个机械手臂(在图1中,与第四音圈电机3连接的机械手臂标记为10,与图1中标记为2的音圈电机所连接的第一、第二、第三机械手臂均标记为9)、八个伺服电机、一个伺服电机驱动器11,一个机械手臂控制模块12。
[0022]其中上述各器件的整体位置关系为:所述的机械手臂系统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。
[0023]具体的,如图2所示,其中,机械手臂系统共有四个机械手臂,分别为第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)和第四机械手臂10,这四个机械手臂对称位于八边形刚性底盘I的边缘,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,这两个伺服电机分别位于八边形刚性底盘I的上方和下方,每一个机械手臂的末端都位于刚性底盘I的上方且安装有一个音圈电机,这些伺服电机通过驱动器11连接于机械手臂控制模块12中,由该机械手臂控制模块12控制该机械手臂系统的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6的进给速度和方向;同时,第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)以及第四机械手臂10安装固定在刚性底盘I上,同时,第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)安装于第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)的上方关节末端处,且第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)构成一个等边三角形,并位于该等边三角形的三个顶点处,第四音圈电机3安装于第四机械手臂10的上方关节末端处,并位于上述等边三角形的中心点处;四个刚性立柱(图中均标记为4)被固定在刚性底盘I上,并且铝合金薄板5的四个角被固定四个刚性立柱(图中均标记为4)上,保持铝合金薄板5在刚性底盘I上方约20cm处(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),最后将该刚性底盘I连同其上方的所有器件一起固定在机床的加工槽内;立式铣床的主轴6垂直于铝合金薄板5并位于其上方,如图3所示,等边三角形的刚性支架7固定在主轴6的刀柄上,其三个顶点处安装有三个激光位移传感器(在图中均标记为8),保证三个激光位移传感器(在图中均标记为8)的测量点与第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)在铝合金薄板5上的作用点重合,用以测量第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)作用点处铝合金薄板5的振动位移,此时主轴6的轴心穿过三个激光位移传感器(在图中均标记为8)构成的等边三角形的中心,故刀具在铝合金薄板5上方的铣削点与第四音圈电机3的作用点在铝合金薄板5上重合,即第四音圈电机3可以用以抑制铣削点处铝合金薄板5的振动;上述三个激光位移传感器(在图中均标记为8)连接在激光位移传感器的转换器13上,该转换器13可以显示测量的振动位移,其输出端连接到NI控制器15中,NI控制器15对这三个激光位移传感器(在图中均标记为8)的测量值进行处理,并输出四路控制信号到四个音圈电机的驱动器(在图中均标记为16)中,四个驱动器(在图中均标记为16)的输出分别和第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)以及第四音圈电机3相连接,以控制它们各自的振动幅值、相位和频率,进而对铝合金薄板5的振动进行相应的抑制。
[0024]本发明中的三个激光位移传感器(在图中均标记为8)与第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)以及第四音圈电机3的配合原理为:铝合金薄板5上方的三个激光位移传感器(在图中均标记为8)与铝合金薄板5下方的第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2) 对应,即三个激光位移传感器(图中均标记为8)的测量点与第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)的作用点位于铝合金薄板5上下方的同一点处,即同一点处的振动位移输入给NI控制器15,NI控制器15的输出用以抑制同一点处的振动;主轴6在铝合金薄板5上的铣削点与铝合金薄板5下方位于三角形中心点处的第四音圈电机3在铝合金薄板5上的作用点重合,故第四音圈电机3用以抑制铣削点处的振动。
[0025]本发明中机床的进给与第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)以及第四机械手臂10的配合原理为:机械手臂系统的机械手臂控制模块12控制第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)和第四机械手臂10进而带动第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)和第四音圈电机3进行水平移动,其移动的速度和方向与数控机床主轴6的进给速度和方向保持一致。
[0026]本发明中提到的铣削区域为第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)和第四机械手臂10所能覆盖的公共区域,以实现对铣削振动的实时随动抑制。
[0027]下面结合附图对本发明的实施例做详细介绍:
[0028]首先,装置安装:将机械手臂系统按照上述连接以及安装方式固定于刚性底盘I上,其中第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)和第四机械手臂10的末端都带有一个音圈电机;然后使用四个立柱(图中均标记为4)将铝合金薄板5也固定在刚性底盘I上,使得第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)以及第四音圈电机3的顶端距离铝合金薄板5约2mm(保证音圈电机可以接触到薄板以产生反作用力来抑制其振动);同时按照上述安装方式将该刚性底盘I固定于机床的加工槽内;调整安装在刀柄上的等边三角形支架7,使得三个激光位移传感器(在图中均标记为8)所打出的激光点与第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)的作用点在铝合金薄板5上重合,此时刀具的铣削起始点将与第四音圈电机3在铝合金薄板5上的作用点重合,同时需确保铣削区域始终在四个机械手臂所能覆盖的公共加工区域内,且在该区域内四个机械手臂的移动互不干涉。
[0029]其次,设备调试:铣削开始前,需对第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)以及第四音圈电机3进行调试,使其输入电流与输出力之间呈线性关系,以确保可以得到与输入电流相似的输出力;此外,还需调整三个激光位移传感器(图中均标记为8)的显示,使其初始值为0,便于在NI控制器中显示和观察;最后调试机械手臂系统的机械手臂控制模块12,确保其可以同时控制第一、第二和第三机械手臂(图中均标记为9)和第四机械手臂10上的八个伺服电机,实现第一、第二和第三音圈电机(图中均标记为2)以及第四音圈电机3与机床主轴6的进给运动同步。
[0030]然后,铣削测试:把铝合金薄板5下方位于三角形中心点处的第四音圈电机3取下,换上一个激光位移传感器LS,使其发出的激光点与第四音圈电机3的作用点重合,并且使得此时的机械手臂系统不工作;铣削刀具接触铝合金薄板5,开始在固定点铣削,四个激光位移传感器检测到相应的振动信号,将该组振动波形记为W1,随后铣削停止,采用离线辨识和建模的方法,得出刀柄上方的三个激光位移传感器(在图中均标记为8)所测得的振动信号与铝合金薄板5下方三角形中心点处的激光位移传感器LS所测得的信号之间的模型关系,并用前者的三个测量信号SI来表示后者的一个测量信号S2,用于控制在后续的铣削实
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