本發(fā)明涉及打磨加工，具體涉及一種主動式力控打磨補償模塊及控制方法。

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雜曲面或多曲面銜接，對機床或機械臂設(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現(xiàn)工件的打磨拋光，其通用的方法大部分采用浮動磨頭，由低阻力氣缸、伺服比例閥、位移傳感器等組成調(diào)節(jié)機構(gòu)，其整個系統(tǒng)被動進行調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)復雜且響應速度慢。同時也有在機械臂打磨的執(zhí)行末端加入力傳感器，將力反饋到機械臂，由機械臂進行位置調(diào)節(jié)，但打磨的振動對力傳感器的采樣本身就有很大影響，且由于位置調(diào)節(jié)信號與機械臂本身控制系統(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)又交給機械臂來完成，實際上最終效果還是依賴于機械臂本身的精度，因此需要一種主動力控式打磨系統(tǒng)。

3、公開號為cn116833855a的發(fā)明專利申請：本發(fā)明公開了公開的主動式力控打磨系統(tǒng)，其只對z軸和y軸進行補償，c軸設(shè)計在補償平臺上方，故理論上可以完成打磨時任意角度的力控補償，但其對機床本身x軸存在定位誤差的問題無法進行補償，還會在如圓角等銜接面或復雜曲面的加工時累積誤差；由于c軸設(shè)計在補償平臺上方，所以微調(diào)補償需要帶動的結(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)，對多軸打磨專機內(nèi)部的空間提出了很高的要求；且在實際布置中大部分多軸打磨專機將力傳感器布置在整套力控系統(tǒng)的最下方，既受補償平臺系統(tǒng)剛度的影響，也受補償平臺運動時慣性的影響，影響最終的打磨效果；其控制也還是恒力控制，對復雜曲面及多曲面銜接時曲率變化導致的接觸面積變化沒有任何的額外調(diào)整適應，最終影響工件表面加工的均勻度。

4、公告號為cn216422106u的中國實用新型專利：一種力控補償裝置及五軸數(shù)控打磨機，其包括工作平臺；安裝座，安裝座滑動安裝在工作平臺上；y軸驅(qū)動機構(gòu)，y軸驅(qū)動機構(gòu)包括設(shè)置在安裝座旁側(cè)且固定安裝在工作平臺上的y軸驅(qū)動電機、以及安裝在y軸驅(qū)動電機輸出端的連桿組件，連桿組件的一端與y軸驅(qū)動電機輸出端鉸接，另一端與安裝座鉸接，驅(qū)動安裝座的滑移；力控補償機構(gòu)，力控補償機構(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償機構(gòu)的安裝高度，使得整機設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊，空間小，同時，提高打磨時穩(wěn)定性與打磨精度，但此申請中只實現(xiàn)了y軸方向的位置補償，無法適應需要打磨的復雜曲面。

5、公告號為cn216298974u的中國實用新型專利：公開了一種打磨設(shè)備的力補償機構(gòu)，包括：工作平臺；可相對于所述工作平臺水平移動和縱向移動的安裝座；安裝于所述工作平臺上的驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件包括y軸驅(qū)動組件和z軸驅(qū)動組件，且所述y軸驅(qū)動組件和z軸驅(qū)動組件用于驅(qū)使安裝座在工作平臺上互不干擾的進行水平移動和縱向移動；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)動組件，所述轉(zhuǎn)動組件頂部設(shè)置有工件固定組件，且所述力控傳感器用于檢測工件固定組件在水平方向和縱向方向的實時壓力，所述轉(zhuǎn)動組件用于調(diào)整工件固定組件在水平平面內(nèi)的定位角度；綜上，能自動化實現(xiàn)打磨過程中的精準補償，旋轉(zhuǎn)組件安裝在補償機構(gòu)上方，補償機構(gòu)在進行位置補償時，需要帶動旋轉(zhuǎn)組件一起移動，需要帶動的結(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)，因此對多軸打磨專機安裝補償結(jié)構(gòu)的空間提出了很高的要求。

6、公告號為cn114952623b的發(fā)明專利中，公開了一種用于主動控制打磨力的數(shù)控機床打磨操作的控制方法，其包括：根據(jù)工件特性及周邊預先設(shè)置好加工的力量大?。桓鶕?jù)預先設(shè)置的力量大小，主動用工件以合適的力量貼近磨頭；通過力傳感器的反饋，實時將打磨力反饋直接引入驅(qū)動器進行位置控制，進行閉環(huán)控制所需計算；通過實時反饋的力進行計算以確定當前磨頭與工件之間距離的補償量；實時通過距離補償，使得打磨力盡可能恒定。根據(jù)本發(fā)明的用于主動控制打磨力的數(shù)控機床打磨操作的控制方法，通過結(jié)合實時反饋的打磨力對磨頭的驅(qū)動電機進行主動控制，能夠保障數(shù)控機床打磨的恒力控制及運動精度控制，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致實際打磨接觸面積變化對預先設(shè)置的打磨力以及補償量的影響。

7、因此需要一種能適應打磨工件不同形狀表面且對安裝空間要求不高的主動式力控打磨補償模塊。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有打磨補償結(jié)構(gòu)受安裝位置影響導致體積較大且影響測量結(jié)構(gòu)，恒力控制無法調(diào)整適應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、針對上述技術(shù)問題，提出一種主動式力控打磨補償模塊；通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、包括五軸打磨機和工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動軸，還包括安裝平面、x軸微調(diào)補償機構(gòu)、y軸微調(diào)補償機構(gòu)、z軸微調(diào)補償機構(gòu)、力傳感器、治具和控制系統(tǒng)，工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動軸安裝在五軸打磨機上，工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動軸的安裝平面上豎直依次安裝x軸微調(diào)補償機構(gòu)、y軸微調(diào)補償機構(gòu)、z軸微調(diào)補償機構(gòu)，對治具上的打磨工件進行位置微調(diào)補償，z軸微調(diào)補償機構(gòu)頂端固定連接治具，治具用于安裝打磨工件，治具上設(shè)置有負壓安裝裝置包括快速接頭、氣管和負壓氣口，負壓氣口設(shè)置在治具上，治具通過快速接頭連接氣管為負壓氣口提供負壓，通過負壓固定打磨工件，力傳感器安裝在治具與z軸微調(diào)補償機構(gòu)之間，檢測打磨工件和治具受到的打磨力，控制系統(tǒng)對五軸打磨機、x軸微調(diào)補償機構(gòu)、y軸微調(diào)補償機構(gòu)、z軸微調(diào)補償機構(gòu)和力傳感器進行控制并接收數(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)加工工件實際加工面積的變化計算整個補償模塊的調(diào)整距離，然后控制x軸微調(diào)補償機構(gòu)、y軸微調(diào)補償機構(gòu)、z軸微調(diào)補償機構(gòu)位移進行位置補償，使得補償模塊適應曲率變化較大的加工表面。

5、對本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，x軸微調(diào)補償機構(gòu)包括第一底座、第一滑軌、第一滑塊和第一微型伺服電動缸，第一底座固定安裝在工件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動軸的安裝平面上，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缸驅(qū)動第一滑塊在第一滑軌上移動，第一滑軌通過第一滑塊連接y軸微調(diào)補償機構(gòu)，x軸微調(diào)補償機構(gòu)帶動工件進行x軸方向的位置補償。

6、對本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，y軸微調(diào)補償機構(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，第二滑軌滑動連接第二滑塊，第二底座表面安裝第二微型伺服電動缸驅(qū)動第二滑塊在第二滑軌上移動，第二滑塊上固定連接z軸微調(diào)補償機構(gòu)，y軸微調(diào)補償機構(gòu)帶動工件進行y軸方向的位置補償。

7、對本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，z軸微調(diào)補償機構(gòu)包括第三底座、第三微型伺服電動缸、導向柱和直線軸承，第三底座固定連接在第二滑塊上方，第三底座四角各設(shè)置有一個導向柱和直線軸承，第三底座上還設(shè)置有第三微型伺服電動缸，第三底座通過第三微型伺服電動缸連接治具，第三微型伺服電動缸驅(qū)動治具位移，對工件z軸位置進行微調(diào)。

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

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

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

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

12、s1：準備工作：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打磨工件時的目標壓強；

14、向控制系統(tǒng)內(nèi)輸入補償模塊的最小調(diào)整步長，多次對工件進行打磨，記錄補償模塊運動路線，并計算目標打磨力與實際測量值的差值，預訓練目標打磨力與實際測量值的差值與補償模塊運動路線關(guān)系的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

15、s2：開始工作：控制系統(tǒng)通過五軸打磨機數(shù)控系統(tǒng)讀取五軸打磨機各軸的位置數(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)得出實時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)實時打磨位置的等效打磨接觸面積和五軸打磨機打磨工件時的目標壓強計算出五軸打磨機的目標打磨力；

17、s4：控制系統(tǒng)接收力傳感器的實際測量值，將目標打磨力與其對比，判斷兩者差值是否落入預先設(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)則直接進入s2，若落入打磨調(diào)整閾值內(nèi)，則進入s5；

19、s5：控制系統(tǒng)將力傳感器的實際測量值與目標打磨力的差值輸入到s1中訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，生成補償模塊xyz三軸的運動路線；

20、s6：控制系統(tǒng)根據(jù)最小調(diào)整步長指令生成位置調(diào)整指令通過ethercat以太網(wǎng)現(xiàn)場總線發(fā)送到補償模塊，進行補償模塊xyz三軸位置的實時調(diào)整。

21、對本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選，s1中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓練方法為：輸入層接收x，使用權(quán)重w對輸入值進行建模，每個隱藏層計算輸出，數(shù)據(jù)在輸出層準備就緒，即得到補償模塊運動路線；使用該神經(jīng)網(wǎng)模型進行若干次加工工件位置補償，將補償模塊運動路線的輸出值與實際檢測補償模塊運動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)重后重新進行打磨試驗，得到損失函數(shù)值，進行多次迭代，直到訓練后的損失函數(shù)小于設(shè)定值，訓練結(jié)束，得到訓練好的神經(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)加工工件實際加工面積的變化計算整個補償模塊的調(diào)整距離，然后控制x軸微調(diào)補償機構(gòu)、y軸微調(diào)補償機構(gòu)、z軸微調(diào)補償機構(gòu)位移進行位置補償，使得補償模塊適應曲率變化較大的加工表面；

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

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