Analysis of Tool Tip Dynamic Characteristics and Stability Prediction for Robotic Milling Tasks

Abstract

摘要： 在大型复杂构件机器人铣削加工过程中，由于机器人结构刚度较低、末端负载配置复杂以及工件局部弱刚性等问题，导致机器人铣削加工过程中极易发生颤振现象，进而影响工件的表面加工质量。而机器人铣削加工的稳定性主要取决于其刀尖动态特性，因此提出了一种面向机器人铣削加工的刀尖频响函数(FRF)预测方法，能够实现任意姿态下的刀尖频响预测，进而实现机器人铣削加工稳定性预测，在通过加工参数优化来进一步提升工件表面加工质量。首先，提出了一种基于非线性最小二乘法的加权叠加法，减少了实验量并放宽了对实验位姿的要求。然后，给定任意多个基准实验姿态实测的刀尖频响函数，所提出的模型就能够预测出一定工作空间范围内任意目标姿态下的机器人刀尖频响函数。接着又提出了一种线性化模态参数叠加法，避免了频响函数直接叠加产生的多模态现象，提高了预测准确率。最后，通过开展机器人模态实验与铣削加工试验，验证了该模型的准确性和实用性，进而通过加工参数进一步优化实现了加工质量提升。