Аспирант
г. Санкт-Петербург
Corresponding author: Shagniev Oleg B., Ph. D. Student
St. Petersburg
Магистрант
г. Санкт-Петербург
St. Petersburg
Доктор технических наук, профессор
г. Санкт-Петербург
St. Petersburg
Рассматривается проблема возникновения и оперативного подавления автоколебаний, возникающих в процессе фрезерования с помощью робота-манипулятора. Предполагается, что инструмент (фреза) связан с роботом упругим подвесом, который используется для силового очувствления робота. На основе математической модели регенеративных автоколебаний (chattering) проведено моделирование системы "робот—инструмент—обрабатываемая поверхность". Инструмент равномерно двигается вдоль обрабатываемой поверхности с заданным прижатием к ней. Прижатие фрезы, обеспечивающее необходимую осевую глубину резания (axial depth of cut), осуществляется с помощью позиционно-силового алгоритма управления. Данный алгоритм управления реализуется средствами двух ПИД регуляторов с позиционной и силовой обратными связями. Равномерное движение вдоль обрабатываемой поверхности, обеспечивающее требуемую подачу инструмента, осуществляется с помощью алгоритма управления по скорости. Управление по скорости осуществляется средствами отдельного ПИД регулятора. Настройки всех регуляторов обеспечивают быстродействие и плавность переходных процессов. Для сглаживания нежелательной динамики при нелинейной форме обрабатываемой поверхности возможно использование обучения на пробных циклах движения. Рядом авторов экспериментально и аналитически показано, что при фрезеровании "по следу", который остается на обрабатываемой поверхности при предыдущем проходе инструмента, возможно возникновение неустойчивых (регенеративных) автоколебаний. Неустойчивые автоколебания являются сдерживающим фактором для повышения производительности, которая главным образом зависит от глубины резания и скорости вращения инструмента. В настоящей работе рассматривается возможность оперативного детектирования начала возникновения неустойчивых автоколебаний по амплитудному спектру показаний датчиков горизонтальных сил взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью. Амплитудный спектр строится с помощью быстрого преобразования Фурье, что позволяет оперативно определять начало ухода процесса резания в неустойчивую зону. Следующее за этим небольшое уменьшение осевой глубины резания (в пределах 1...2 %) практически полностью стабилизирует процесс резания. В работе предлагается вариант построения контура адаптации для системы управления вертикальным движением робота, основанный на допустимом изменении осевой глубины резания.
The problem of the occurrence and rapid suppression of vibrations arising in the process of milling using robot arm is considered. It is assumed that the tool (cutter) is connected with the robot by an elastic suspension, which is used for the force sensation of the robot. Based on the mathematical model of regenerative self-excited vibrations (chattering), the simulation of the system "robot-tool-work surface" was carried out. The tool moves evenly along the work surface with a given pressure on it. The cutter is pressed using the position-force control algorithm based on two PID-controllers with coordinate and force feedbacks. It provides the necessary axial depth of cut. Uniform movement along the work surface is carried out using the velocity control algorithm based on PID-controller with velocity feedback. It provides the required tool feed. Several authors have experimentally and analytically shown that in the process of milling "on the track" unstable regenerative self-oscillations can occur. Track remains on the machined surface during the previous cutter tooth pass. Chattering is a deterrent to increase productivity which mainly depends on rotation speed of cutter and the axial depth of cut. In this paper we consider the possibility of promptly detecting the onset of unstable auto-oscillations from the amplitude spectrum of the sensor readings of the horizontal forces of interaction between the instrument and the work surface. The amplitude spectrum is obtained using the fast Fourier transform, which allows to promptly determine the beginning of unstable processes in system. The subsequent decrease of the axial depth of cut (within one to two percent) almost completely stabilizes the cutting process. This paper proposes a variant of adaptation contour for the robot vertical movement control system based on the allowable change of the axial depth of cut.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.