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专利号: 2023102196330
申请人: 齐鲁工业大学(山东省科学院)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种六自由度机器人铣削加工稳定性预测方法,其特征在于,包括:获取六自由度机器人的动力学模态参数;

根据动力学模态参数和铣削加工参数构建考虑进给量的动力学模型,具体包括:构建考虑进给量的瞬时铣削厚度模型 :

其中, 为每齿进给量, 为第 个刀齿的角位移, 、 分别是在当前时刻刀齿沿 、方向的动态位移, 、 分别是在 时刻前一刀齿沿 、方向的动态位移,是单个刀齿时滞周期;

基于瞬时铣削厚度模型,确定瞬时铣削力模型;

基于瞬时铣削力模型,确定多个刀齿下的总铣削力模型;

其中, 是铣削力系数矩阵,表示为:

其中, 为判断函数,Z为刀齿总数量; 、 分别是在当前时刻 刀齿沿、方向的动态位移, 、 分别是在 时刻前一刀齿沿 、方向的动态位移,是单个刀齿时滞周期; 是轴向切深,为铣削常数, 和 分别为径向铣削力系数和切向铣削力系数; 为每齿进给量, 为第个刀齿的角位移;

对考虑进给量的动力学模型采用全离散法确定铣削加工参数下的状态转移矩阵,根据状态转移矩阵特征值的绝对值,对铣削加工过程进行稳定性预测,其中确定铣削加工参数下的状态转移矩阵的过程包括:将考虑进给量的动力学模型转换为状态空间形式,采用全离散法求解状态空间形式中的响应,对响应中涉及的时滞项、状态项和时间周期项采用线性插值的方式进行线性逼近,从而得到状态转移矩阵,具体包括:采用哈密顿系统中的变换式,令 , 即为根据哈密顿系统中的变换式做的变换, ,将考虑进给量的动力学模型转换为状态空间形式:

其中, 是表示系统时不变性质的常数矩阵, 和 均是由总铣削力模型决定的周期矩阵:其中,M为模态质量矩阵,C为模态阻尼矩阵,K为模态刚度矩阵;将时间周期 等距离散为 个小时区段,即 ,其中 为正整数,在每一个时间区段, 上,基于直接积分方式的全离散法求解状态空间形式中的响应:

将上述求得的响应等效为:

其中, 为自变量参数;

对时滞项 、状态项 和时间周期项 、

做线性逼近,构造状态转移矩阵,状态转移矩阵表示 为:其中, 是计算状态转移矩阵所构造出的单个刀齿时滞周期T下离散的矩阵序列, 是单个刀齿时滞周期T的等距离散量, 之间的任意整数。

2.如权利要求1所述的一种六自由度机器人铣削加工稳定性预测方法,其特征在于,对铣削加工过程进行稳定性预测的过程包括:若状态转移矩阵所有特征值的模均小于1,则铣削加工过程稳定;否则,铣削加工过程进入颤振状态。

3.一种六自由度机器人铣削加工稳定性预测系统,其特征在于,包括:模态参数辨识模块,被配置为获取六自由度机器人的动力学模态参数;

动力学特性分析模块,被配置为根据动力学模态参数和铣削加工参数构建考虑进给量的动力学模型,具体包括:构建考虑进给量的瞬时铣削厚度模型 :

其中, 为每齿进给量, 为第 个刀齿的角位移, 、 分别是在当前时刻刀齿沿 、方向的动态位移, 、 分别是在 时刻前一刀齿沿 、方向的动态位移,是单个刀齿时滞周期;

基于瞬时铣削厚度模型,确定瞬时铣削力模型;

基于瞬时铣削力模型,确定多个刀齿下的总铣削力模型;

其中, 是铣削力系数矩阵,表示为:

其中, 为判断函数,Z为刀齿总数量; 、 分别是在当前时刻 刀齿沿、方向的动态位移, 、 分别是在 时刻前一刀齿沿 、方向的动态位移,是单个刀齿时滞周期; 是轴向切深,为铣削常数, 和 分别为径向铣削力系数和切向铣削力系数; 为每齿进给量, 为第个刀齿的角位移;

稳定性预测模块,被配置为对考虑进给量的动力学模型采用全离散法确定铣削加工参数下的状态转移矩阵,根据状态转移矩阵特征值的绝对值,对铣削加工过程进行稳定性预测,其中确定铣削加工参数下的状态转移矩阵的过程包括:将考虑进给量的动力学模型转换为状态空间形式,采用全离散法求解状态空间形式中的响应,对响应中涉及的时滞项、状态项和时间周期项采用线性插值的方式进行线性逼近,从而得到状态转移矩阵,具体包括:采用哈密顿系统中的变换式,令 , 即为根据哈密顿系统中的变换式做的变换, ,将考虑进给量的动力学模型转换为状态空间形式:

其中, 是表示系统时不变性质的常数矩阵, 和 均是由总铣削力模型决定的周期矩阵:其中,M为模态质量矩阵,C为模态阻尼矩阵,K为模态刚度矩阵;将时间周期 等距离散为个小时区段,即 ,其中 为正整数,在每一个时间区段 ,上,基于直接积分方式的全离散法求解状态空间形式中的响应:将上述求得的响应等效为:

其中, 为自变量参数;

对时滞项 、状态项 和时间周期项 、

做线性逼近,构造状态转移矩阵,状态转移矩阵表示 为:其中, 是计算状态转移矩阵所构造出的单个刀齿时滞周期T下离散的矩阵序列, 是单个刀齿时滞周期T的等距离散量, 之间的任意整数。

4.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成权利要求1‑2任一项所述的方法。

5.一种计算机可读存储介质,其特征在于,用于存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时,完成权利要求1‑2任一项所述的方法。