工业机器人高精高效加工配套智能主轴

本项目针对航天舱体、飞机蒙皮、舰船螺旋桨叶片等大型复杂零件高精高效加工难题，研制与工业机器人相配套的智能主轴。主轴转速达 20000r/min，径向跳动和轴向跳动小于 3μm,动平衡精度 G0.4。该智能主轴具备多传感信息感知、加工状态在线监测、异常辨识与自诊断、振动主动控制等功能模块，适用于铣削、钻削和磨削等加工，实现铣削轨迹精度和制孔定位精度均在 0.3mm 以内。

【关键技术】本项目所研制的工业机器人高精高效加工配套智能主轴涉及的关键技术如下:（一）智能主轴高刚性、轻质量设计技术作为工业机器人末端执行器的智能主轴，高刚性、轻质量是其设计目标。在智能主轴动力学建模研究基础上，以减少主轴的动静态变形和提高主轴固有频率为目标，通过优化主轴轴承跨距、轴径、轴承预紧等参数，提高主轴刚性 20%以上，质量减小15%。（二）智能主轴多源信息精确感知与数据获取技术智能主轴振动、切削力、温度等多源信息采集的难点在于狭小空间限制和高速旋转部件状态的直接感知与传输。提出柔性复合传感器（厚度小于2mm，测振带宽不低于20kHz，芯片面积小于 5mm 5mm,无线供电与传输等）制备方法，实现振动、切削力、温度等信号的集成感知。（三）智能主轴信号处理与加工异常状态辨识技术融合现有传感器及柔性传感多源信息，提出稀疏监测指标构建新方法，构建时频域、阶次域、能量域内的早期异常预警指标，利用深度迁移学习缩小主轴不同运行工况、不同健康状态表征的差异性，对主轴在加工中颤振、尺寸超差、刀具破损等异常状态进行准确辨识，实现复杂多变工况下加工异常状态监测的漏报率和误报率不高于10%。（四）智能主轴误差补偿与振动主动控制技术研究控制器、作动器、主轴、切削过程之间的耦合关系，建立智能主轴切削颤振闭环控制系统，实现时变动态特性影响下智能主轴高速高效加工颤振的主动控制。将在线测量的切削力作为机器人结构刚度模型的输入，精确计算机器人末端位姿误差并补偿，实现铣削轨迹精度和制孔定位误差小于0.3mm。