一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113110290A(43)申请公布日2021.07.13(21)申请号202110366071.3(22)申请日2021.04.06(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人薄其乐巩悦刘海波王永青李特李旭(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人温福雪(51)Int.Cl.G05B19/23(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种基于力反馈控制的大型薄壁零件镜像加工方法(57)摘要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。CN113110290ACN113110290A权利要求书1/3页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：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：2CN113110290A权利要求书2/3页其中：d＝δh；d0＝hd；y＝x1+hx2；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：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)+β