随着航天产品的尺寸不断增大,传统机床已无法满足其外部支架的加工精度和加工效率需求。近年来,采用机器人对大型舱体进行加工成为了研究热点。然而,由于工业机器人刚性较差,加工过程中极易发生振动,导致机器人加工质量和效率难以提升。在此背景下,本文提出采用旋转超声加工技术与机器人铣削相结合的方法,实现大型航天器舱体支架的高精高效加工。主要研究内容如下:(1)开展了机器人旋转超声铣削力研究。首先建立了旋转超声铣削与普通铣削刀尖点运动方程,分析了二者的区别与联系。其次设计了机器人旋转超声铣削铝合金的铣削力实验,分析了超声振动对铣削力的影响规律以及随着铣削参数变化超声振动对铣削力的影响规律。实验结果表明,超声振动可以使铣削力明显降低,最高降幅达57.4%,平均降幅约30%以上。且不同铣削参数下,超声振动降低铣削力效果存在差异。最后,利用偏最小二乘法建立了机器人旋转超声铣削力模型,通过对比实测值与预测值可知,该模型最大相对误差为17%,平均相对误差不超过13%,表明该模型具有较高的预测精度。(2)开展了机器人旋转超声铣削振幅研究。首先,设计了机器人旋转超声铣削铝合金振幅实验。其次,研究了超声振动与铣削参数对机器人铣削振幅的影响。实验结果表明,超声振动引入后铣削振幅大幅降低,最高降幅达60%以上。同时,超声电流与铣削参数的匹配性对超声效果影响较大,不同铣削参数下超声振动降低铣削振幅的效果不同。最后,利用指数模型法建立了铣削振幅经验模型,其平均相对误差仅为8%。(3)开展了机器人旋转超声铣削铝合金表面质量研究。首先,开展了超声电流对铝合金表面形貌影响实验,实验结果表明超声振动引入后,工件表面产生均匀、细致的鱼鳞状特征。其次,开展机器人旋转超声铣削铝合金三维粗糙度实验,重点分析超声振动对三维粗糙度的影响规律。实验结果表明,超声振动引入后工件表面粗糙度与面积扩展比明显增大,且表面纹理更加趋于一致。最后,通过开展机器人旋转超声铣削平面实验,可得超声振动可以显著降低平面接刀痕和平面度,提高机器人铣削质量与精度。(4)进行了机器人旋转超声铣削铝合金参数优化。以机器人铣削力、铣削振幅、铣削参数范围等为约束条件,铣削效率为目标函数,对机器人旋转超声铣削进行铣削参数优化,并以铝合金支架为实例进行了验证。实验结果表明,超声振动可显著改善支架表面的接刀痕和平面度,验证了优化结果的可行性。