一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法与流程

本发明涉及一种工件机器人研抛的材料去除控制方法，特别是一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法。

背景技术：

模具等具有自由曲面形貌特征的大型工件加工，在经过数控铣削加工获得所需要的几何形貌之后，仍然需要经过进一步的精整加工，才能获得高质量的表面质量。长期以来，这种曲面形貌的精整加工主要依赖手工研抛加工工艺完成。近年来，随着机器人等自动化、智能化设备的深入应用，曲面工件机器人研抛技术与装备研究及其应用均获得了长足的发展，更有部分技术与设备已经获得应用推广，但其中仍然有些技术难题迫切需要解决，而如何实现材料去除的定量控制则是当前国内外研抛加工研究的技术前沿与难点问题。

在原理上，曲面工件机器人研抛加工过程的材料去除率与研抛工具在工件上接触面切向力所做的功成正比。一般认为接触面摩擦系数处处相同、且是一个定常值，所以摩擦作用双方之间的切向力正比于其法向力，也即：fa＝μ·fn(其中的μ为摩擦系数)。因此，现阶段preston法向力控制研抛材料去除控制方法成为国内外流行的材料去除定量控制技术手段。

但是，现有的机器人研抛装备一般是研抛工具与机器人系统的简单集成，所以对于研抛加工过程的接触力控制，实时性和准确性都不好，实际生产中难以直接基于preston理论控制研抛材料去除；另外，根据最新的研究表明接触面内摩擦系数不是处处相同的，也不会一直保持为一个定常值，这就意味着精确的法向力控制并不能获得精确的切向力。因此，现有的preston法向力控制研抛材料去除控制方法迫切需要有新的方法替代。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法，其包括以下步骤：

1)、基于研抛加工切削功率p的函数关系：

p＝ua·ia

其中：ua为研抛加工研抛电机的电枢电压，ia为研抛加工研抛电机的电枢电流；

2)、监控研抛加工研抛电机的电枢电流ia，控制研抛加工研抛电机的电枢电压ua。

上述一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法，其控制原理如下：

一般地，电机的电枢电流ia一般不受控，其电枢电流ia与其输出扭矩mr成正比，而研抛电机的输出扭矩mr可以表达为：

mr＝r·fa

其中：r为研抛砂轮的回转半径，fa为研抛工具与工件之间的切向力。

因此，研抛加工切削功率p正比于研抛加工研抛电机的电枢电压ua正比于研抛工具与工件之间的切向力fa，仅需要控制研抛加工研抛电机的电枢电压ua便相当于控制研抛工具与工件之间的切向力fa，从而间接控制研抛工具在工件上接触面切向力所做的功，最终达到研曲面工件机器人研抛材料去除控制的目的。

上述一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法，其具备了曲面工件机器人研抛材料去除控制精确性好，稳定性高等优点。

附图说明

图1是本发明所提供的一种曲面工件机器人研抛设备的结构示意图；

图2是本发明中研抛工具与工件接触面的结构示意图。

图中：工业机器人1、研抛工具系统2、研抛工具2-1、电流计3、工件4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本实施例中所提供的一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法，其包括以下步骤：

1)、基于研抛加工切削功率p的函数关系：

p＝ua·ia

其中：ua为研抛加工研抛电机的电枢电压，ia为研抛加工研抛电机的电枢电流；

2)、监控研抛加工研抛电机的电枢电流ia，控制研抛加工研抛电机的电枢电压ua。

上述一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法，其控制原理如下：

一般地，电机的电枢电流ia一般不受控，其电枢电流ia与其输出扭矩mr成正比，而研抛电机的输出扭矩mr可以表达为：

mr＝r·fa

其中：r为研抛砂轮的回转半径，fa为研抛工具2-1与工件4之间的切向力。

因此，研抛加工切削功率p正比于研抛加工研抛电机的电枢电压ua正比于研抛工具2-1与工件4之间的切向力fa，仅需要控制研抛加工研抛电机的电枢电压ua便相当于控制研抛工具2-1与工件4之间的切向力fa，从而间接控制研抛工具2-1在工件4上接触面切向力所做的功，最终达到研曲面工件机器人研抛材料去除控制的目的。

如图1和图2所示，一种采用上述曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法的机器人研抛设备，其主要包括了安装至工业机器人1上的研抛工具系统2以及实时监测研抛工具系统2中研抛电机的电枢电流ia的电流计3。

上述机器人研抛设备的工作方式如下：

首先，根据工艺参数手册，查找研抛法向接触力fn；

接着，根据图1中的弹性阻尼系统参数，计算研抛过程获得期望研抛法向接触力fn所需的法向变形δn；

然后，结合法向变形δn对曲面工件4研抛作业进行机器人编程，获得机器人控制指令；

再然后，开启图1中的研抛工具系统2研抛电机，利用上述步骤产生的机器人控制指令驱动机器人运行；同时，电流计3实时监测图1中研抛电机的电枢电流ia输出；

最后，控制研抛工具系统2的研抛电机电枢电压ua，获得期望的研抛功率p，最终达到研曲面工件4机器人研抛材料去除控制。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法，其包括以下步骤：1)、基于研抛加工切削功率P的函数关系：P＝Ua·Ia，其中：Ua为研抛加工研抛电机的电枢电压，Ia为研抛加工研抛电机的电枢电流；2)、监控研抛加工研抛电机的电枢电流Ia，控制研抛加工研抛电机的电枢电压Ua。其解决了“提升所述曲面工件表面研抛的材料去除控制精准度及稳定性”的技术问题。上述一种曲面工件机器人研抛的材料去除控制方法，其具备了控制精准度高，稳定性好等优点。

技术研发人员：詹建明;胡利永;王贤成;马睿;林钟焘;张壮壮
受保护的技术使用者：浙江大学宁波理工学院
技术研发日：2017.03.10
技术公布日：2017.07.07