航空发动机叶片的型面精度与表面质量直接影响发动机的气动性能,目前国内航发叶片的叶缘90%以上仍然采用手工磨抛,一致性差、质量无法得到保证、加工效率低。叶片型面复杂,叶缘特征微小、轮廓度与表面精度要求高、去除余量少且分布不均匀,目前亟需具有力位精准调控功能的自动化磨抛方式。数控磨床虽可显著提高加工效率和质量,但成本高、编程复杂。机器人运动空间大、智能化、成本低、可快速灵活转换工艺,在实现多品种、小批量的航发叶片磨抛加工中具有显著优势。然而,工业机器人开放性差,末端响应慢且力位耦合严重,传统机器人磨抛系统仅对磨抛刀路进行规划,缺乏对磨抛正压力的精准控制,难以实现指定磨削余量的柔顺加工。综上,研发高性能的力控磨抛单元,实现机器人砂带磨抛系统的力位解耦控制,以相互配合完成航发叶片的力位协同精准磨抛具有重大意义。本文面向机器人磨抛系统的高带宽精准力控制难题展开研究,以力位解耦为出发点,开发了刚柔耦合的全数字式力控砂带磨抛单元,研究了接触过渡态与稳态力控算法,编写了交互控制软件,开展了航发叶片打磨验证。主要研究内容如下:1力控磨抛单元总体设计。从力位解耦、结构模块化、主/被动柔顺融合等实际需求出发,系统地设计了全特征磨抛单元的刚柔耦合结构、灵活开放式电控系统、位置-力双闭环控制算法,数据可视化与操作便捷的ForceControlDesk交互控制软件。2接触过渡态的力冲击与振动抑制算法。采用离线反馈的输入整形技术对输入信号进行整形,引导系统振动相互抵消,仿真结果显示经过ZV整形器后接触稳定时间缩短约84.2%,最大力超调量下降约94.7%;并在此基础上提出了非线性跟踪微分器(NTD)自动整形技术,增加对非结构化环境的适应性和鲁棒性,试验中采用NTD方法前后接触稳定时间降低约72.3%,最大力超调量降低约87.5%。3接触稳态自适应力跟踪与补偿算法。在阻抗控制框架内,提出了具有Lyapunov稳定性的环境刚度与位置观测器,以生成自适应参考轨迹,降低非结构化环境下的力跟踪稳态误差,同时采用迭代学习控制补偿位置跟踪误差对力控精度的影响,实验中采用补偿算法前后力稳态误差的均值降低约96.4%。4系统集成、测试与打磨验证。采用最小二乘方法对装置进行动力学模型辨识,在Visual Studio中与Qt混合编程完成控制软件编写,并开展多种调试、测试实验,且针对多种航空发动机叶片的叶盆、叶背以及叶缘开展了打磨验证实验,打磨力控精度±0.5N,打磨后叶缘圆角明显,叶片型面粗糙度Ra值达到0.1263μm。