摘要
工业机器人相对于多轴数控机床，具有成本低、柔性好、智能化、操作空间大等优势，是飞行器舱段零件加工的重要手段。由于机器人结构刚度低，特别是在铣削力作用下工艺系统发生变形，影响舱段壁厚的加工精度。针对加工精度的提高，现有方法中存在采用铣削力和刚度模型对变形误差预测不准确和采用直接镜像法对误差补偿效果不足的问题，而机器人在加工中呈现出铣削力易受刀具进给速度和刀具转动频率影响、关节运动空间大、配置组合多等特点，因此研究机器人末端的变形误差与刀具进给速度、刀具转频、铣削力、关节角等多因素之间的关系，并制定出有效的误差补偿策略对提高舱段壁厚加工精度具有重要意义。为此，本文提出了基于力位数据测量和主成分分析-相关向量机（PrincipalComponentAnalysis-RelevanceVectorMachine,PCA-RVM）的机器人铣削加工变形误差预测方法。 （1）针对机器人末端刀具的位移和铣削力的测量，搭建了机器人铣削加工平台及力位测量系统。采用六维力传感器测量手段，提出了基于最小二乘法的末端负载重力、传感器零点等参数标定方法，并在机器人任意姿态下对传感器的零点及负载重力进行补偿，建立了利用六维力传感器测量机器人末端刀具所受外力的方法。通过机器人末端的配重实验，验证了机器人末端外力感知算法的有效性和准确性。 （2）针对机器人末端变形误差的预测，提出了利用主成分分析-相关向量机模型并基于实验数据驱动的预测方法。为了获取丰富的样本数据集，设计了在机器人工作台的实验方案，并制定了铣削力、关节角、变形误差等数据的采集方案。通过主成分分析-相关向量机模型构建了刀具进给速度、转动频率、铣削力、关节角因素与变形误差之间的映射关系，采用均方根误差等指标验证了训练出的变形误差预测模型的可靠性及精确度，并与基于刚度的传统方法进行对比，展现出本文的变形误差预测模型更准确。 （3）针对变形误差引起的加工误差补偿问题，建立了基于快速迭代法的补偿模型。采用快速迭代法对铣削加工中各刀位点的变形误差进行补偿，为了考虑补偿量与变形量之间的耦合关系，通过平底立铣刀的铝合金铣削实验标定出铣削力系数，再基于铣削力预测模型对切削深度与铣削力之间的关系进行拟合。结合变形误差预测模型，制定了机器人铣削时末端变形误差补偿策略，运用校正发生器等技术实现了误差补偿算法。 （4）开发了面向铣削加工平台的数据采集和误差补偿软件模块。在VisualStudio软件中使用C#语言开发了数据采集模块，实现对铣削力、位移、关节角等数据的采集。结合机器人二次开发包编写了误差补偿模块，对机器人末端轨迹修正以实现误差补偿。最终，将开发的数据采集和误差补偿软件模块应用于舱段零件的机器人铣削加工中，提高了壁厚的加工精度。
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