(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210520266.3 (22)申请日 2022.05.12 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 唐小卫　彭芳瑜　辛世豪　闫蓉　 杨慰　吴嘉伟　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 孔娜 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) B23C 3/00(2006.01) G06F 17/10(2006.01) (54)发明名称 一种考虑本体结构振动的机器人铣削加工 稳定性预测方法 (57)摘要 本发明属于铣削加工领域， 并具体公开了一 种考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性 预测方法， 其包括如下步骤： 构建考虑刀工分离 和时变过程阻尼带来的阻尼力的动态切削力模 型， 根据该动态切削力模型， 结合机器人动力学 方程， 得到多倍时滞切削状态的离散图； 根据多 倍时滞切削状态的离散图计算机器人结构低频 振动周期内所有齿通周期的过渡矩阵， 并根据机 器人铣削加工参数计算过渡矩阵特征值的模； 若 特征值的模均小于1， 则系统稳定， 否则系统不稳 定。 本发明建立了刀具工件分离模型、 时变过程 阻尼模型， 提出切触状态相关时滞系数， 基于此 建立了考虑机器人本体结构振动的铣削再生颤 振稳定性模 型， 实现了机器人铣 削加工稳定性的 准确预测。 权利要求书2页 说明书12页 附图5页 CN 114952831 A 2022.08.30 CN 114952831 A 1.一种考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： S1、 根据动态切削力模型， 结合机器人动力学 方程， 得到多倍时滞切削状态的离 散图； 所述动态切削力模型 具体如下： 其中， Fx、 Fy分别为x和y方向的动态切削力， x(t),y(t)分别为t时刻在x和y方向的动态 位移， x方向为法向， y方向为进给向； Cpd,ij(t)为过程阻尼系数， Aij为动态切削力系数， Bij为 动态过程阻尼系数， τ为时滞系数， i表示第i个切削微 元， j表示第j个刀齿， Ttp为齿通周期时 间， M为总切削微元数， N为总刀齿数， dz为轴向微元高度； 为当前径向接触角， 为当 前切削状态的单位阶跃函数； S2、 根据多倍时滞切削状态的离散图计算机器人结构低频振动周期内所有齿通周期的 过渡矩阵， 并根据机器人铣削加工参数计算过渡矩阵特征值的模； 若特征值的模均小于1， 则系统稳定， 否则系统不稳定 。 2.如权利要求1所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征 在于， 当前切削状态的单位阶跃函数 其中， 为第一单位阶跃函 数， 用于表示当前切削刃微元是否参加切削； 为第二单位阶跃函数， 用于表示径向刀 具工件是否分离 。 3.如权利要求2所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征 在于， 第一单位阶跃函数 具体如下： 其中， 为当前径向接触角， 为切入角， 为切出角。 4.如权利要求2所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征 在于， 第二单位阶跃函数 具体如下： 其中， hrv,ij为机器人 结构低频振动导 致的切厚变化， hij(t)为当前切削厚度。 5.如权利要求4所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征 在于， 当前切削厚度计算方式如下： 其中， ft为每齿进给量， t为当前时刻， Ttp为齿通周期时间， Trv为单个低频振动周期时 间， 符号“\”表示取余 运算。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114952831 A 26.如权利要求1所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征 在于， 时滞系数τ 的确定方式如下： 其中， hdy,ij为切削厚度变化量， t为当前时刻， Ttp为齿通周期时间， n为需分析的齿通周 期个数， Trv为单个低频振动周期时间， 符号 表示向上 取整运算。 7.如权利要求1所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征 在于， 过程阻尼系数Cpd,ij(t)根据时变过程阻尼确定； 时变过程阻尼计算式如下： 其中， 分别为径 向、 切向的时变过程阻尼， Srd,ij(t)为时变总压痕面 积， Kd是与材料相关的压痕系数， α 为代表实际缩进量的比例因子， μ代表切向与径向切削力 系数比。 8.如权利要求7所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方法， 其特征 在于， 时变总压痕面积Srd,ij(t)的计算方式如下： Srd,ij(t)＝Srst,ij(t)+Srdy,ij(t) 其中， Srst,ij(t)为时变动态压痕面积， Srdy,ij(t)为时变静态压痕面积； rh是刀具刃口半 径， βrs,ij为动态分离角， γ是刀具后角； Lrpd,ij(t)为动态压痕长度， rv,ij(t)表示刀齿径向振 动速度， Vctp表示刀齿切向速度。 9.如权利要求1 ‑8任一项所述的考虑本体结构振动的机器人铣削加工稳定性预测方 法， 其特征在于， 步骤S3中， 通过一系列的多倍时滞切削状态的离散图， 构建出单个时间周 期内的过渡矩阵， 进 而计算得到 机器人结构低频振动周期内的所有 齿通周期的过渡矩阵。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114952831 A 3