一種薄壁件銑削振動的多機械手臂隨動抑制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄壁件銑削技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種薄壁件銑削振動的多機械手臂隨動抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]制造業(yè)在世界工業(yè)化進程中始終發(fā)揮著主體作用，一個國家經(jīng)濟的崛起很大程度上取決于制造業(yè)的發(fā)展。薄壁件已廣泛運用于航空航天領(lǐng)域，其制造能力和水平代表了國家制造業(yè)的核心競爭力。薄壁件以尺寸大(如長桁、大梁、壁板等)，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜(如具有各種形式的槽腔結(jié)構(gòu)、下陷、加強筋及凸緣，帶有變斜角、空間復(fù)雜曲面等)，薄壁結(jié)構(gòu)(壁板、整體框、肋等)、材料去除率高(部分零件可達90 %以上)，尺寸及位置精度要求高，零件表面質(zhì)量要求高，零件品種規(guī)格多但批量較小等為特征。
[0003]在數(shù)控銑削過程中，由于切削力和其他不確定載荷的作用，工藝系統(tǒng)會發(fā)生振動，而振動的發(fā)生會嚴重影響工件的加工表面質(zhì)量和精度，制約加工工藝的發(fā)展；由于薄壁件具有上述的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與加工難度，所以通過改變加工工藝參數(shù)、調(diào)整轉(zhuǎn)速和切深的傳統(tǒng)被動方法來抑制銑削振動已經(jīng)無法滿足薄壁件在銑削加工時對振動的實時抑制要求，故嚴重制約了薄壁件銑削加工的效率，降低了其表面質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種薄壁件銑削振動的多機械手臂隨動抑制裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中薄壁零件在銑削時容易出現(xiàn)的嚴重影響加工表面質(zhì)量和精度的振動問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種薄壁件銑削振動的多機械手臂隨動抑制裝置，包括剛性底盤、機械手臂系統(tǒng)、音圈電機、薄板、立柱、主軸(含刀柄和刀具)、支架、激光位移傳感器、激光位移傳感器的轉(zhuǎn)換器、控制器、顯示器、音圈電機的驅(qū)動器；所述的機械手臂系統(tǒng)用以控制四個機械手臂跟隨機床主軸的進給運動；所述的音圈電機共四個，分別為第一、第二和第三音圈電機以及第四音圈電機，用以對薄板提供輔助支撐以及抑制薄板的振動；所述的控制器為NI控制器，內(nèi)含7852、4472等控制板卡，用以對振動位移信號進行采集、處理并輸出相應(yīng)的控制電壓對四個音圈電機進行控制；所述的剛性底盤為八邊形的鋼質(zhì)材料，其上配置有用以安裝立柱和四個機械手臂的結(jié)構(gòu)；所述的激光位移傳感器用以檢測薄板的振動位移。
[0006]其中薄板可以采用鋁合金薄板。
[0007]其中上述各器件的整體位置關(guān)系為:所述的機械手臂系統(tǒng)以對稱方式安裝于剛性底盤的邊緣，薄板通過安裝在剛性底盤上的立柱固定在剛性底盤上方，音圈電機被機械手臂系統(tǒng)夾持且位于薄板下方，并可以緊貼剛性底盤的表面做水平移動，立式主軸垂直于薄板并位于其上方，主軸刀柄上安裝有支架，支架上安裝有激光位移傳感器。
[0008]具體的，所述的機械手臂系統(tǒng)包括四個機械手臂，一個伺服電機驅(qū)動器，一個機械手臂控制模塊；四個機械手臂對稱位于八邊形剛性底盤的邊緣，且其中的第一、第二、第三音圈電機位于一個等邊三角形的三個頂點處，而第四音圈電機位于該等邊三角形的中心點處；同時，每一個機械手臂都有兩個關(guān)節(jié)，這兩個關(guān)節(jié)通過兩個伺服電機來驅(qū)動(故共有八個伺服電機)，這兩個伺服電機分別位于八邊形剛性底盤的上方和下方；每一個機械手臂的末端都位于剛性底盤的上方且安裝有一個音圈電機，這些伺服電機通過伺服電機驅(qū)動器連接于機械手臂控制模塊中，由該控制模塊控制這八個伺服電機的工作，使其帶動四個音圈電機跟隨機床主軸的進給速度和方向。
[0009]具體的，所述的四個音圈電機分別被四個機械手臂的末端夾持，并且第一、第二和第三音圈電機位于一個等邊三角形的三個頂點處，第四音圈電機位于該等邊三角形的中心點處。
[0010]具體的，所述的立柱固定在剛性底盤上，薄板的四個角被固定在立柱上，使得薄板與剛性底盤之間的距離在18?22cm之間(因為薄板下方要放置音圈電機，音圈電機本身有一定的高度且同時需要保證音圈電機在做上下運動時可以接觸到薄板)。
[0011]具體的，所述的激光位移傳感器共有三個，安裝于一個等邊三角形支架上，該支架固定在機床刀柄上，且這三個激光位移傳感器分別位于該等邊三角形支架的三個頂點處，用以檢測薄板的振動位移；在銑削加工時，確保安裝在支架上的三個激光位移傳感器所發(fā)出的激光點與安裝在第一、第二和第三機械手臂末端的第一、第二和第三音圈電機的作用點重合，此時位于薄板下方等邊三角形中心點處的第四音圈電機的作用點將與刀具接觸薄板時的銑削點重合。
[0012]具體的，工作時，先把位于薄板下方等邊三角形中心點處的第四音圈電機取下，換上一個激光位移傳感器LS，使此時的機械手臂系統(tǒng)不工作，然后銑削刀具開始在固定點銑肖IJ，得到四個激光位移傳感器的輸出信號，通過離線辨識與建模方法，得到激光位移傳感器LS的測量信號與其他三個激光位移傳感器所測信號之間的關(guān)系模型，并用后者來表示前者；隨后將激光位移傳感器LS取下，換上第四音圈電機，銑削開始:在四個機械手臂所能覆蓋的公共區(qū)域內(nèi)，刀具開始對薄板進行銑削，三個激光位移傳感器將測量的位移信號在其轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后將該電壓信號輸入到NI控制器中，NI控制器經(jīng)過相應(yīng)的處理后，輸出四個控制電壓信號給四個音圈電機的驅(qū)動器，驅(qū)動器將該電壓信號進行放大轉(zhuǎn)換后輸出四個控制電流作用在相應(yīng)的音圈電機上，使其產(chǎn)生相應(yīng)的控制力以抑制各自作用點處薄板的振動；由于薄板剛性差，所以銑削進行時會產(chǎn)生很大的變形，而四個音圈電機在抑制振動的同時也起到了輔助支撐的作用；同時，機械手臂控制模塊控制四個機械手臂按照機床主軸事先設(shè)定好的進給速度和方向進行移動，使得機械手臂系統(tǒng)的移動與主軸的進給運動保持一致；在此過程中，觀察NI控制器中得到的各點的振動位移信號，然后不斷調(diào)節(jié)NI控制器中的相關(guān)參數(shù)，使得各點處的振動位移幅值達到最小，從而實現(xiàn)了薄壁件銑削振動的隨動抑制。
[0013]本發(fā)明可以使得抑振裝置實時跟隨銑削刀具的移動，并且對振動的測量點與對振動抑制的作用點重合，從而對薄壁件在銑削時的振動實現(xiàn)了精確的隨動抑制，大幅提高了薄壁件銑削加工時的表面質(zhì)量和精度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例提供的薄壁件銑削振動的多機械手臂隨動抑制裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實施例提供的機械手臂系統(tǒng)與音圈電機的布局示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實施例提供的主軸與刀柄上安裝的激光位移傳感器的布局示意圖；
[0017]其中，I為剛性底盤、2為第一、第二和第三音圈電機、3為第四音圈電機、4為立柱、5為薄板、6為主軸(含刀柄和刀具)、7為等邊三角形支架、8為等邊三角形支架頂點處的三個激光位移傳感器、9為第一、第二和第三機械手臂、10為第四機械手臂、11為伺服電機驅(qū)動器、12為機械手臂控制模塊、13為轉(zhuǎn)換器、14為顯示器、15為控制器、16為驅(qū)動器。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]薄壁件由于其具有尺寸大、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、材料去除率高、位置精度要求高等特點，以及在銑削時會存在切削力和其他不確定載荷的作用，造成加工時工藝系統(tǒng)會發(fā)生振動，而振動的發(fā)生極大降低了薄壁件的加工表面質(zhì)量和效率。
[0020]多機械手臂隨動抑制裝置可以實時跟隨銑削加工點的移動，并且對振動的測量點與對振動抑制的作用點重合，從而對薄壁件的銑削振動進行精確的隨動抑制，提高了加工表面質(zhì)量和效率。本發(fā)明以激光位移傳感器來檢測相應(yīng)的音圈電機在薄板上的作用點處的振動位移，并發(fā)送給NI控制器進行處理，NI控制器輸出控制電壓對音圈電機的振動進行實時控制以抑制薄板在銑削時的振動；同時在銑削主軸的移動過程中，機械手臂系統(tǒng)帶動音圈跟隨主軸的進給運動，對銑削路徑上多點的振動進行全程實時