气囊抛光法作为近年来出现的新型抛光方法之一,能够提高加工工件和抛光工具的契合度,而且加工区域抛光力分布均匀,具有较高的实用性。并联机构凭借其高精度、高负载能力等优点与串联机构优势互补,逐渐被应用于精密加工领域。本文结合气囊抛光以及串联结构和并联结构的优点,提出混联结构的气囊抛光机床,对机床进行建模分析,编写了运动速度规划算法和误差补偿算法,并开发了系统软件平台。论文首先对混联机床结构进行分析,将混联机床划分为串联抛光机构和并联机构两部分。根据气囊抛光的工作原理对串联抛光部分进行分析,建立抛光头“进动”运动的运动学模型。然后对并联机构进行分析,推导出了并联部分的运动学正解及逆解,以及Jacobian矩阵和速度控制模型,并对模型进行仿真验证。其次,设计了气囊抛光混联机床控制系统的整体方案,根据所设计的方案,对控制系统的各个主要部件进行选型,开发了以美国泰道Power PMAC运动控制器和工业电脑为核心的气囊抛光运动控制系统,结合控制系统的PID控制原理,计算出控制系统适合的控制参数,采用积分分离方法和前馈控制相结合的控制策略来对控制系统进行调试。控制软件方面,根据机床的加工功能需求,使用Visual Studio设计开发了控制系统软件平台。再次,在控制算法方面,气囊抛光头的运动速度进行规划,在S型速度曲线的基础上,以对加加速度进行梯形规划为出发点,使用多阶S型曲线针对速度和加速度分别进行处理,使加减速过程更加平滑,减小在速度变化较大的位置点时对机构的冲击与影响。同时,通过对抛光轨迹的轮廓误差建模分析,根据空间轮廓误差模型编写补偿算法,对在平移运动过程中因多轴耦合误差所形成的轮廓误差进行误差补偿,并与未经过补偿的误差数据进行对比,证明所使用的误差控制补偿算法能够有效的减小轮廓误差。本文研究内容对后续气囊混联抛光机床的抛光力位混合控制,以及多传感器在位测量系统平台的搭建和使用奠定了基础。
