摘要
航空发动机叶片是发动机核心的零部件，属于典型复杂曲面，具有型面复杂、结构弱刚性、叶缘薄以及表面粗糙度要求严苛等特点，其轮廓精度与表面质量直接影响着航空发动机的气动性能与使用寿命。磨抛加工作为航空发动机叶片制造的最终关键工序，保证叶片满足要求的轮廓精度与表面质量。人工磨抛加工存在表面一致性差、加工效率低等问题，导致去除余量与接触力难以准确控制。数控机床磨抛可以提高加工精度，但通用性较差，难以实现加工与测量的闭环控制。机器人具有运动范围大、通用灵活与成本低等优势，与砂带磨抛工艺结合可实现高精度磨抛加工，但机器人多轴耦合、末端响应速度慢与定位精度低等弊端导致磨抛加工接触力精准控制困难，难以实现机器人柔顺力控加工。综上所述，本文针对航空发动机叶片机器人砂带柔顺磨抛加工接触过渡态与稳态接触力精准控制的关键技术开展研究，具体研究内容如下： 1.机器人砂带力控磨抛加工分析。介绍所搭建的机器人力控砂带磨抛系统，针对机器人砂带磨抛加工的基础理论开展分析与建模，分析砂带磨抛加工过程与叶片复杂曲面轮廓跟踪运动。完成力控砂带磨抛单元动力学分析与直线运动平台参数辨识，并对机器人-砂带磨抛单元的接触防碰撞进行分析。 2.接触过渡态力冲击与振荡抑制。采用自适应权重粒子群算法对输入整形技术进行优化，引导系统振荡相互抵消，并与无抑制作用、阻抗整形技术进行对比分析。实验结果显示采用优化方法前后系统稳定时间缩短约79.2%，接触力最大超调量降低约85.1%，方法在抑制系统冲击振荡、缩短稳定时间与降低超调量等方面具有较好的效果，增强了系统的稳定性与可靠性。 3.接触稳态自适应力跟踪。基于阻抗控制设计了环境参数估计器以生成自适应参考轨迹，降低接触稳态力跟踪误差，并利用遗传算法对产生的接触力误差进行补偿。实验结果显示所提出的方法进一步提高了机器人磨抛加工接触力的跟踪精度，力跟踪误差降低约85.7%，可以实现机器人在未知环境下的柔顺自适应加工。 4.机器人砂带磨抛系统实验验证。分析航空发动机叶片机器人砂带磨抛加工的工艺流程、机器人磨抛加工刀路规划、接触力信号滤波处理与控制软件编写调试等内容。针对航空发动机叶片的压气机钛合金叶片开展机器人力控砂带磨抛加工实验，接触力精度达到±0.6N，表面粗糙度可以达到Ra0.4μm。
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