本發(fā)明涉及打磨加工，具體涉及一種主動(dòng)式力控打磨補(bǔ)償模塊及控制方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有3c產(chǎn)品外殼或其它需要打磨拋光的工件上越來越多使用復(fù)雜曲面或多曲面銜接，對(duì)機(jī)床或機(jī)械臂設(shè)備的要求也隨之提高，極大增加了設(shè)備的成本。

2、現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出了通過恒力打磨的方法實(shí)現(xiàn)工件的打磨拋光，其通用的方法大部分采用浮動(dòng)磨頭，由低阻力氣缸、伺服比例閥、位移傳感器等組成調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其整個(gè)系統(tǒng)被動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且響應(yīng)速度慢。同時(shí)也有在機(jī)械臂打磨的執(zhí)行末端加入力傳感器，將力反饋到機(jī)械臂，由機(jī)械臂進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，但打磨的振動(dòng)對(duì)力傳感器的采樣本身就有很大影響，且由于位置調(diào)節(jié)信號(hào)與機(jī)械臂本身控制系統(tǒng)很難從底層打通，從而帶來較大的延遲，而且位置調(diào)節(jié)又交給機(jī)械臂來完成，實(shí)際上最終效果還是依賴于機(jī)械臂本身的精度，因此需要一種主動(dòng)力控式打磨系統(tǒng)。

3、公開號(hào)為cn116833855a的發(fā)明專利申請(qǐng)：本發(fā)明公開了公開的主動(dòng)式力控打磨系統(tǒng)，其只對(duì)z軸和y軸進(jìn)行補(bǔ)償，c軸設(shè)計(jì)在補(bǔ)償平臺(tái)上方，故理論上可以完成打磨時(shí)任意角度的力控補(bǔ)償，但其對(duì)機(jī)床本身x軸存在定位誤差的問題無法進(jìn)行補(bǔ)償，還會(huì)在如圓角等銜接面或復(fù)雜曲面的加工時(shí)累積誤差；由于c軸設(shè)計(jì)在補(bǔ)償平臺(tái)上方，所以微調(diào)補(bǔ)償需要帶動(dòng)的結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量較大，為了保證系統(tǒng)的剛度又需要更大更重的整體結(jié)構(gòu)，最終陷入循環(huán)，對(duì)多軸打磨專機(jī)內(nèi)部的空間提出了很高的要求；且在實(shí)際布置中大部分多軸打磨專機(jī)將力傳感器布置在整套力控系統(tǒng)的最下方，既受補(bǔ)償平臺(tái)系統(tǒng)剛度的影響，也受補(bǔ)償平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性的影響，影響最終的打磨效果；其控制也還是恒力控制，對(duì)復(fù)雜曲面及多曲面銜接時(shí)曲率變化導(dǎo)致的接觸面積變化沒有任何的額外調(diào)整適應(yīng)，最終影響工件表面加工的均勻度。

4、公告號(hào)為cn216422106u的中國(guó)實(shí)用新型專利：一種力控補(bǔ)償裝置及五軸數(shù)控打磨機(jī)，其包括工作平臺(tái)；安裝座，安裝座滑動(dòng)安裝在工作平臺(tái)上；y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在安裝座旁側(cè)且固定安裝在工作平臺(tái)上的y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、以及安裝在y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端的連桿組件，連桿組件的一端與y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端鉸接，另一端與安裝座鉸接，驅(qū)動(dòng)安裝座的滑移；力控補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，力控補(bǔ)償機(jī)構(gòu)安裝在安裝座上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該裝置可有效降低力控補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的安裝高度，使得整機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊，空間小，同時(shí)，提高打磨時(shí)穩(wěn)定性與打磨精度，但此申請(qǐng)中只實(shí)現(xiàn)了y軸方向的位置補(bǔ)償，無法適應(yīng)需要打磨的復(fù)雜曲面。

5、公告號(hào)為cn216298974u的中國(guó)實(shí)用新型專利：公開了一種打磨設(shè)備的力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，包括：工作平臺(tái)；可相對(duì)于所述工作平臺(tái)水平移動(dòng)和縱向移動(dòng)的安裝座；安裝于所述工作平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)組件，所述驅(qū)動(dòng)組件包括y軸驅(qū)動(dòng)組件和z軸驅(qū)動(dòng)組件，且所述y軸驅(qū)動(dòng)組件和z軸驅(qū)動(dòng)組件用于驅(qū)使安裝座在工作平臺(tái)上互不干擾的進(jìn)行水平移動(dòng)和縱向移動(dòng)；固定于所述安裝座頂部的力控傳感器；固定于所述力控傳感器頂部的轉(zhuǎn)動(dòng)組件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)組件頂部設(shè)置有工件固定組件，且所述力控傳感器用于檢測(cè)工件固定組件在水平方向和縱向方向的實(shí)時(shí)壓力，所述轉(zhuǎn)動(dòng)組件用于調(diào)整工件固定組件在水平平面內(nèi)的定位角度；綜上，能自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)打磨過程中的精準(zhǔn)補(bǔ)償，旋轉(zhuǎn)組件安裝在補(bǔ)償機(jī)構(gòu)上方，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)在進(jìn)行位置補(bǔ)償時(shí)，需要帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)組件一起移動(dòng)，需要帶動(dòng)的結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量較大，為了保證系統(tǒng)的剛度又需要更大更重的整體結(jié)構(gòu)，因此對(duì)多軸打磨專機(jī)安裝補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的空間提出了很高的要求。

6、公告號(hào)為cn114952623b的發(fā)明專利中，公開了一種用于主動(dòng)控制打磨力的數(shù)控機(jī)床打磨操作的控制方法，其包括：根據(jù)工件特性及周邊預(yù)先設(shè)置好加工的力量大??；根據(jù)預(yù)先設(shè)置的力量大小，主動(dòng)用工件以合適的力量貼近磨頭；通過力傳感器的反饋，實(shí)時(shí)將打磨力反饋直接引入驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行位置控制，進(jìn)行閉環(huán)控制所需計(jì)算；通過實(shí)時(shí)反饋的力進(jìn)行計(jì)算以確定當(dāng)前磨頭與工件之間距離的補(bǔ)償量；實(shí)時(shí)通過距離補(bǔ)償，使得打磨力盡可能恒定。根據(jù)本發(fā)明的用于主動(dòng)控制打磨力的數(shù)控機(jī)床打磨操作的控制方法，通過結(jié)合實(shí)時(shí)反饋的打磨力對(duì)磨頭的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行主動(dòng)控制，能夠保障數(shù)控機(jī)床打磨的恒力控制及運(yùn)動(dòng)精度控制，使得能夠?qū)崿F(xiàn)更快且更精確的打磨操作，根據(jù)工件特性及周邊預(yù)先設(shè)置好加工的力量大小，沒有介紹待因打磨工件打磨表面形狀不同導(dǎo)致實(shí)際打磨接觸面積變化對(duì)預(yù)先設(shè)置的打磨力以及補(bǔ)償量的影響。

7、因此需要一種能適應(yīng)打磨工件不同形狀表面且對(duì)安裝空間要求不高的主動(dòng)式力控打磨補(bǔ)償模塊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有打磨補(bǔ)償結(jié)構(gòu)受安裝位置影響導(dǎo)致體積較大且影響測(cè)量結(jié)構(gòu)，恒力控制無法調(diào)整適應(yīng)曲率變化較大的加工表面，最終影響工件表面加工的均勻度。

2、針對(duì)上述技術(shù)問題，提出一種主動(dòng)式力控打磨補(bǔ)償模塊；通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、包括五軸打磨機(jī)和工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，還包括安裝平面、x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、力傳感器、治具和控制系統(tǒng)，工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在五軸打磨機(jī)上，工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的安裝平面上豎直依次安裝x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，對(duì)治具上的打磨工件進(jìn)行位置微調(diào)補(bǔ)償，z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)頂端固定連接治具，治具用于安裝打磨工件，治具上設(shè)置有負(fù)壓安裝裝置包括快速接頭、氣管和負(fù)壓氣口，負(fù)壓氣口設(shè)置在治具上，治具通過快速接頭連接氣管為負(fù)壓氣口提供負(fù)壓，通過負(fù)壓固定打磨工件，力傳感器安裝在治具與z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)之間，檢測(cè)打磨工件和治具受到的打磨力，控制系統(tǒng)對(duì)五軸打磨機(jī)、x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和力傳感器進(jìn)行控制并接收數(shù)據(jù)信息。

4、通過控制系統(tǒng)接收力傳感器數(shù)據(jù)再根據(jù)加工工件實(shí)際加工面積的變化計(jì)算整個(gè)補(bǔ)償模塊的調(diào)整距離，然后控制x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)位移進(jìn)行位置補(bǔ)償，使得補(bǔ)償模塊適應(yīng)曲率變化較大的加工表面。

5、對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括第一底座、第一滑軌、第一滑塊和第一微型伺服電動(dòng)缸，第一底座固定安裝在工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的安裝平面上，第一底座上設(shè)置有第一滑軌，第一底座表面安裝第一微型伺服電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)第一滑塊在第一滑軌上移動(dòng)，第一滑軌通過第一滑塊連接y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工件進(jìn)行x軸方向的位置補(bǔ)償。

6、對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括第二底座、第二滑軌、第二滑塊和第二微型伺服電動(dòng)缸，第二底座固定連接在第一滑塊上，第二底座表面固定連接第二滑軌且第二滑軌與第一滑軌垂直設(shè)置，第二滑軌滑動(dòng)連接第二滑塊，第二底座表面安裝第二微型伺服電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)第二滑塊在第二滑軌上移動(dòng)，第二滑塊上固定連接z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工件進(jìn)行y軸方向的位置補(bǔ)償。

7、對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括第三底座、第三微型伺服電動(dòng)缸、導(dǎo)向柱和直線軸承，第三底座固定連接在第二滑塊上方，第三底座四角各設(shè)置有一個(gè)導(dǎo)向柱和直線軸承，第三底座上還設(shè)置有第三微型伺服電動(dòng)缸，第三底座通過第三微型伺服電動(dòng)缸連接治具，第三微型伺服電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)治具位移，對(duì)工件z軸位置進(jìn)行微調(diào)。

8、對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)外部設(shè)置有防護(hù)外殼，防護(hù)外殼包括上防護(hù)部件和下防護(hù)部件，上防護(hù)部件通過連接板固定安裝在治具下側(cè)，下防護(hù)部件固定連接在安裝平面上，防護(hù)外殼保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備使用的穩(wěn)定性。

9、對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，下防護(hù)部件內(nèi)設(shè)置有管線槽，x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的電源線、網(wǎng)線和為治具提供負(fù)壓的負(fù)壓安裝裝置安裝在管線槽內(nèi)盤旋幾圈從槽口接出，保證走線長(zhǎng)度余量能夠保證工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸正常轉(zhuǎn)動(dòng)。

10、對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，上防護(hù)部件外側(cè)設(shè)置有防護(hù)罩，防護(hù)罩內(nèi)部安裝控制電路板，x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和力傳感器連接控制電路板，為x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和力傳感器提供電源，接收x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和力傳感器的數(shù)據(jù)，控制電路板通過信號(hào)連接控制系統(tǒng)。

11、此外本發(fā)明還涉及一種主動(dòng)式力控打磨補(bǔ)償模塊的控制方法，包括如下步驟：

12、s1：準(zhǔn)備工作：向控制系統(tǒng)內(nèi)輸入打磨工件的3d數(shù)據(jù)和打磨耗材的彈性模量數(shù)據(jù)；

13、設(shè)定控制系統(tǒng)內(nèi)的打磨調(diào)整閾值以及五軸打磨機(jī)打磨工件時(shí)的目標(biāo)壓強(qiáng)；

14、向控制系統(tǒng)內(nèi)輸入補(bǔ)償模塊的最小調(diào)整步長(zhǎng)，多次對(duì)工件進(jìn)行打磨，記錄補(bǔ)償模塊運(yùn)動(dòng)路線，并計(jì)算目標(biāo)打磨力與實(shí)際測(cè)量值的差值，預(yù)訓(xùn)練目標(biāo)打磨力與實(shí)際測(cè)量值的差值與補(bǔ)償模塊運(yùn)動(dòng)路線關(guān)系的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

15、s2：開始工作：控制系統(tǒng)通過五軸打磨機(jī)數(shù)控系統(tǒng)讀取五軸打磨機(jī)各軸的位置數(shù)據(jù)，根據(jù)s1中輸入的工件的3d數(shù)據(jù)、五軸打磨機(jī)各軸的位置數(shù)據(jù)和打磨耗材的彈性模量數(shù)據(jù)得出實(shí)時(shí)打磨位置工件的等效打磨接觸面積；

16、s3：控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)打磨位置的等效打磨接觸面積和五軸打磨機(jī)打磨工件時(shí)的目標(biāo)壓強(qiáng)計(jì)算出五軸打磨機(jī)的目標(biāo)打磨力；

17、s4：控制系統(tǒng)接收力傳感器的實(shí)際測(cè)量值，將目標(biāo)打磨力與其對(duì)比，判斷兩者差值是否落入預(yù)先設(shè)置的打磨調(diào)整閾值內(nèi)；

18、若不落入打磨調(diào)整閾值內(nèi)則直接進(jìn)入s2，若落入打磨調(diào)整閾值內(nèi)，則進(jìn)入s5；

19、s5：控制系統(tǒng)將力傳感器的實(shí)際測(cè)量值與目標(biāo)打磨力的差值輸入到s1中訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，生成補(bǔ)償模塊xyz三軸的運(yùn)動(dòng)路線；

20、s6：控制系統(tǒng)根據(jù)最小調(diào)整步長(zhǎng)指令生成位置調(diào)整指令通過ethercat以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送到補(bǔ)償模塊，進(jìn)行補(bǔ)償模塊xyz三軸位置的實(shí)時(shí)調(diào)整。

21、對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，s1中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練方法為：輸入層接收x，使用權(quán)重w對(duì)輸入值進(jìn)行建模，每個(gè)隱藏層計(jì)算輸出，數(shù)據(jù)在輸出層準(zhǔn)備就緒，即得到補(bǔ)償模塊運(yùn)動(dòng)路線；使用該神經(jīng)網(wǎng)模型進(jìn)行若干次加工工件位置補(bǔ)償，將補(bǔ)償模塊運(yùn)動(dòng)路線的輸出值與實(shí)際檢測(cè)補(bǔ)償模塊運(yùn)動(dòng)路線的均方差作為損失函數(shù)，再返回隱藏層并調(diào)整權(quán)重后重新進(jìn)行打磨試驗(yàn)，得到損失函數(shù)值，進(jìn)行多次迭代，直到訓(xùn)練后的損失函數(shù)小于設(shè)定值，訓(xùn)練結(jié)束，得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：

23、1、控制系統(tǒng)接收力傳感器數(shù)據(jù)再根據(jù)加工工件實(shí)際加工面積的變化計(jì)算整個(gè)補(bǔ)償模塊的調(diào)整距離，然后控制x軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、y軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、z軸微調(diào)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)位移進(jìn)行位置補(bǔ)償，使得補(bǔ)償模塊適應(yīng)曲率變化較大的加工表面；

24、2、補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)置在工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上方，補(bǔ)償結(jié)構(gòu)需要帶動(dòng)的結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量較小，因此補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的體積相比較現(xiàn)有技術(shù)更小；

25、3、治具上安裝負(fù)壓安裝裝置，通過負(fù)壓固定待加工工件，減少了現(xiàn)有打磨設(shè)備在補(bǔ)償結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)治具上工件位置時(shí)，工裝的夾持裝置與打磨刀接觸，導(dǎo)致夾持裝置受損影響對(duì)待加工工件的打磨位置判斷的情況。