專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種恒定磨削負(fù)載的磨削加工控制裝置，特別涉及一種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
數(shù)控磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。與傳統(tǒng)磨床相比，它具有適合異形零件加工、可排除人為誤差、效率高、易通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)精度補(bǔ)償和優(yōu)化控制等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的數(shù)控磨床一般都采用恒定的磨削速度。實(shí)際上，磨削速度的選擇需根據(jù)工件的加工精度及表面光潔度要求，工件材料，機(jī)床的剛性和機(jī)床驅(qū)動(dòng)力，刀具的耐用度等來(lái)決定。因?yàn)樵跀?shù)控磨床實(shí)際工作過(guò)程中，磨削狀況并非一成不變，如工件材料中彌散的硬質(zhì)點(diǎn)(如合金元素碳化物)會(huì)對(duì)磨輪產(chǎn)生較強(qiáng)的反作用力，磨輪隨著加工的進(jìn)行也會(huì)逐漸磨損(磨輪直徑減小)，不同磨輪材質(zhì)的差異等情況將導(dǎo)致磨削負(fù)載劇烈變化，進(jìn)而大大縮短了磨輪的使用壽命，甚至?xí)绊懝ぜ募庸ぞ?。關(guān)于磨床磨削檢測(cè)及控制的方法，此前已有提出，但都存在種種不足。專(zhuān)利號(hào)為CN03128845.6的發(fā)明涉及磨床磨削產(chǎn)品的恒功率磨削方法，其特征在于:控制磨床軸承磨床磨削功率，采用一套自控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)的輸入信號(hào)是由二個(gè)信號(hào)組成，一個(gè)是由觸摸屏參數(shù)設(shè)定裝置輸出的理論磨削功率值，另一個(gè)是恒功率裝置將磨削軸承時(shí)的實(shí)際消耗功率檢測(cè)值，此二個(gè)數(shù)值同時(shí)輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行PID方法計(jì)算獲得一個(gè)差值信號(hào)，這差值信號(hào)作為自控系統(tǒng)的反饋信號(hào)，反饋信號(hào)輸入伺服控制電機(jī)，改變了磨床的進(jìn)給速度，從而達(dá)到實(shí)際磨削的功率值不變。專(zhuān)利號(hào)為CN200820100082.7的發(fā)明公開(kāi)了一種恒功率外圓磨削機(jī)構(gòu)，包括托輪機(jī)構(gòu)和接觸磨輪，接觸磨輪位于托輪機(jī)構(gòu)的上方，接觸磨輪由接觸磨輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其特征在于:接觸磨輪固定在支撐橫臂一端的下底面，支撐橫臂的另一端經(jīng)鉸鏈機(jī)構(gòu)安裝在支撐立臂上，支撐橫臂的中部經(jīng)浮動(dòng)氣缸支撐，該浮動(dòng)氣缸的缸體固定在底座上，浮動(dòng)氣缸的推桿鉸接在支撐橫臂中部，所述浮動(dòng)氣缸由電氣比例閥驅(qū)動(dòng)，其原理是通過(guò)磨輪電機(jī)上的電流傳感器檢測(cè)到電機(jī)電流信號(hào)，通過(guò)控制電路(放大器、控制器)后進(jìn)入電液比例閥，控制氣缸運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制磨輪進(jìn)給量。達(dá)到磨輪電機(jī)電流恒定的效果。以上兩項(xiàng)專(zhuān)利確實(shí)能實(shí)現(xiàn)恒功率磨削的效果，但是它們的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都是從磨輪電機(jī)上采集得到(前一項(xiàng)專(zhuān)利采用功率傳感器采集磨輪電機(jī)的功率信號(hào)、后一項(xiàng)專(zhuān)利采用電流傳感器采集磨輪電機(jī)上的電流信號(hào))，缺乏較高的實(shí)時(shí)性。專(zhuān)利號(hào)為CN201110177969.2的專(zhuān)利是一種檢測(cè)磨床加工狀態(tài)的監(jiān)控方法及監(jiān)控系統(tǒng)，采用聲納傳感器接收數(shù)控磨床對(duì)于工件加工時(shí)所發(fā)出的聲納信號(hào)，并將其聲納信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；采用聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)將檢測(cè)到的聲納傳感器輸出的電信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成RS232通訊協(xié)議信號(hào)和PR0FIBUS通訊協(xié)議信號(hào)；將RS232通訊協(xié)議信號(hào)傳到磨床上的數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)將接收到的RS232協(xié)議信號(hào)以動(dòng)態(tài)波形的方式顯示在屏幕上，實(shí)現(xiàn)了磨削過(guò)程的可視化；將PR0FIBUS協(xié)議信號(hào)傳入PLC系統(tǒng)中進(jìn)行PLC邏輯編程，并將PLC輸出磨床與工件的碰撞信號(hào)及接觸信 號(hào)傳入數(shù)控系統(tǒng)的零件程序中，實(shí)現(xiàn)了防碰撞和消空程。該發(fā)明能夠監(jiān)控?cái)?shù)控磨床加工的全過(guò)程，磨削過(guò)程可被優(yōu)化。提高了磨削質(zhì)量和效率。但采用聲納檢測(cè)勢(shì)必花費(fèi)太多時(shí)間，影響控制效果。專(zhuān)利號(hào)為CN201010040080.5的發(fā)明公開(kāi)的能對(duì)非直驅(qū)磨床磨頭振動(dòng)進(jìn)行在線主動(dòng)控制的裝置，是在原有的磨床主軸上設(shè)置主動(dòng)電磁執(zhí)行裝置，主動(dòng)電磁執(zhí)行裝置包括定子、轉(zhuǎn)子軸頸、兩個(gè)檢測(cè)磨床主軸振動(dòng)的傳感器和控制器，轉(zhuǎn)子軸頸緊固在磨床主軸上，在定子內(nèi)側(cè)的坐標(biāo)軸方向分別分布I個(gè)或多個(gè)磁極，每個(gè)坐標(biāo)軸方向磁極上的繞組串聯(lián)連接，可分別產(chǎn)生水平正、負(fù)方向和垂直正、負(fù)方向的電磁力，兩個(gè)振動(dòng)傳感器的信號(hào)輸出端與控制器的控制邏輯信號(hào)輸入端相連，經(jīng)控制邏輯運(yùn)算將輸入的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成四路差動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)4對(duì)串聯(lián)繞組，在磨床主軸徑向平面上對(duì)轉(zhuǎn)子軸頸產(chǎn)生任意方向的電磁力，使磨床主軸受力迅速回到原始位置，從而降低主軸的振動(dòng)和噪聲，提高主軸回轉(zhuǎn)精度。該專(zhuān)利采用檢測(cè)主軸振動(dòng)的方式采集信號(hào)，實(shí)時(shí)性比較高，但不能解決恒速加工帶來(lái)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制裝置及方法。一種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制裝置，包括伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、第一支撐底座、第二支撐底座、第一電渦流傳感器、磨輪桿、支架、第二電渦流傳感器、工作臺(tái)和減速器；
所述的磨輪桿依次通過(guò)聯(lián)軸器、減速器與伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)接，并通過(guò)第一支撐底座和第二支撐底座固定于工作臺(tái)上，所述的工作臺(tái)上固定安裝有Z字型的支架，支架上設(shè)置兩個(gè)電渦流傳感器，其中第一電渦流傳感器探頭正對(duì)磨輪桿的軸心且與工作臺(tái)臺(tái)面平行，第二電渦流傳感器探頭正對(duì)磨輪桿的軸心且與工作臺(tái)臺(tái)面垂直。—種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制方法，該方法包括以下步驟: 步驟一:信號(hào)的采集和預(yù)處理 在數(shù)控磨床運(yùn)行過(guò)程中，水平方向的電渦流傳感器和垂直方向的電渦流傳感器檢測(cè)磨輪桿顫振偏移量，分別輸出模擬量信號(hào)值Z (幻和_7 (O。上述的信號(hào)值經(jīng)由ADAM-3968接線端子傳送到PC1-1716采集卡，其采樣頻率為lk。PC1-1716采集卡對(duì)所述的信號(hào)值Ki)和_7 (O進(jìn)行濾波、放大、隔直和A/D轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字信號(hào)^r2 ( )和_f2 (O。數(shù)字信號(hào)^r2( )和_72 ( )通過(guò)PCI接口，傳輸至PC內(nèi)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。步驟二:求取兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制裝置，包括伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、第一支撐底座、第二支撐底座、第一電渦流傳感器、磨輪桿、支架、第二電渦流傳感器、工作臺(tái)和減速器； 其特征在于:所述的磨輪桿依次通過(guò)聯(lián)軸器、減速器與伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)接，并通過(guò)第一支撐底座和第二支撐底座固定于工作臺(tái)上，所述的工作臺(tái)上固定安裝有Z字型的支架，支架上設(shè)置兩個(gè)電渦流傳感器，其中第一電渦流傳感器探頭正對(duì)磨輪桿的軸心且與工作臺(tái)臺(tái)面平行，第二電渦流傳感器探頭正對(duì)磨輪桿的軸心且與工作臺(tái)臺(tái)面垂直。
2.一種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一:信號(hào)的采集和預(yù)處理 在數(shù)控磨床運(yùn)行過(guò)程中，水平方向的電渦流傳感器和垂直方向的電渦流傳感器檢測(cè)磨輪桿顫振偏移量，分別輸出模擬量信號(hào)值Z (0和_7 U);上述的信號(hào)值經(jīng)由ADAM-3968接線端子傳送到PC1-1716采集卡，其采樣頻率為Ik ；PC1-1716采集卡對(duì)所述的信號(hào)值ζ ( )和_7 (O進(jìn)行濾波、放大、隔直和A/D轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字信號(hào)^r2 U)和_f2 ( );數(shù)字信號(hào)^r2( )和_f2 ( )通過(guò)PCI接口，傳輸至PC內(nèi)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理； 步驟二:求取兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)函數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于磨輪振動(dòng)頻率特性的恒功率磨削控制裝置及方法，本發(fā)明在頻譜分析后提取其磨削振動(dòng)的特征值，進(jìn)行磨削負(fù)載的辨識(shí)。若磨削功率的變化在允許的范圍內(nèi)，則將磨輪桿桿心的振動(dòng)曲線、頻譜分析的信息、進(jìn)給速度、工作轉(zhuǎn)速及工件材料等信息匯入專(zhuān)家?guī)臁Ｈ艄β首兓^(guò)大，則進(jìn)行模糊決策，輸出的Δu產(chǎn)生一脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，該脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制伺服驅(qū)動(dòng)器控制進(jìn)給伺服電機(jī)的進(jìn)給量，達(dá)到恒功率磨削的目的。本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，拆卸靈活，對(duì)原有磨床的固有結(jié)構(gòu)影響小。自適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于各種工作狀況，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B24B51/00GK103213069SQ20131013963
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者倪敬, 王宏亮, 湯海天, 陳宇江 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)