薄壁构件双机器人镜像铣削的速度协同及振动抑制研究

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本文基于当前航空航天加工对大型薄壁构件的需求,对镜像铣削这一以课题展开研究。以五自由度混联机器人Tri Mule为主体搭建双机器人镜像铣削平台,双机器人的末端分别装有铣刀与支撑头,相对薄壁构件作镜像协同运动,对薄壁构件铣削加工过程中振动现象进行抑制。支撑头的结构、物理参数以及机器人速度规划的准确性都直接影响到薄壁构件的成品质量。基于上述研究目标,全文取得了如下创造性成果:在机器人速度规划方面,基于Tri Mule混联机器人的结构分别对其并联部分与串联部分进行了雅克比矩阵的推导,在Simulink中建了仿真模型。在特定轨迹上对不同进给率下加工机器人与支撑机器人各关节的速度进行了仿真,验证了理论的准确性,并通过对比不同进给率条件下关节的速度变化,对末端执行器的进给率提出修正意见。在平板薄壁构件及圆柱薄壁构件受迫振动方面,首先介绍了本研究所用的气动多点随动支撑头的结构,并推导了其支撑力方程;之后,基于平板理论及薄壳理论建立了铣刀-薄壁构件-支撑头的动力学模型,在Matlab中进行了仿真,分别对两种薄壁构件在不同支撑点数、支撑力、阻尼以及由速度误差造成的偏心距等条件下支撑头的振动抑制效果进行了对比,验证了气动多点随动支撑头在两种薄壁构件振动抑制能力上的优势。为了对上述研究内容进行验证,在双机器人镜像铣削加工平台上对薄壁构件进行了锤击实验及三角型格栅加工实验。分别对薄壁构件在不同支撑条件下的频响函数及动刚度、机器人关节速度跟随误差、薄壁构件铣削振幅等进行了实验。验证了机器人速度规划的准确性,并验证了气动多点随动支撑头抑制振动、提高加工质量的能力。
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