本發(fā)明涉及精密磨削加工，具體為一種基于可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪的磨削控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、砂輪磨削加工在制造業(yè)中應用廣泛，可用于各種材料工件的加工。包括金屬材料、非金屬材料、復合材料等，涉及汽車、航空航天、船舶、機床制造、陶瓷、玻璃、塑料等各個領域。砂輪磨削其加工過程中影響因素復雜。其中溫度的控制對于產(chǎn)品質(zhì)量和壽命具有重要影響。砂輪磨削時會產(chǎn)生大量的摩擦熱，如果不及時散熱，會導致工件變形、表面質(zhì)量下降，甚至影響其使用壽命。因此，在磨削加工過程中，必須控制溫度以保證加工質(zhì)量。因此如何有效的監(jiān)測、降低并控制砂輪磨削溫度，對提高被加工零件的表面質(zhì)量、尺寸精度等級和使用壽命至關重要。

2、目前磨削溫度的監(jiān)測，有基于視覺圖像處理技術(shù)的磨削溫度監(jiān)測，該方法通過數(shù)字圖像處理技術(shù)對溫度信息進行分析，然而，由于受工藝和磨削加工環(huán)境、光線等諸多因素的影響，這種技術(shù)容易產(chǎn)生誤差。另外則是基于光纖傳感和紅外線輻射技術(shù)測量磨削溫度，但是由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)，以及拋光液干擾，這種技術(shù)難以準確測量溫度。再者就是傳統(tǒng)的工件打孔溫度傳感器測量方法，由于要對工件進行打孔，因此會對工件造成破壞，因此僅僅限于實驗測量，并不適用于實際加工。且對于導熱系數(shù)低的材料，測量誤差極大。

3、綜上，現(xiàn)有的磨削溫度的研究應用更多僅限于溫度的監(jiān)測采集，且存在不穩(wěn)定的測量誤差。因此如何有效連續(xù)測量磨削溫度，并通過溫度調(diào)控磨削參數(shù)，來降低并控制磨削溫度的恒定，以保證加工質(zhì)量的問題亟待解決。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪的磨削控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過一種內(nèi)置測溫熱電偶的立式旋轉(zhuǎn)測溫砂輪對磨削過程中的磨削溫度進行實時溫度采集，并通過pc上位機中的labview程序?qū)Σ杉瘻囟冗M行計算再與設定溫度進行比較，比較結(jié)果傳輸至plc，plc對系統(tǒng)進行多輸入單輸出pid反饋控制，調(diào)控砂輪轉(zhuǎn)速、工件進給量、冷卻液供給量系列磨削工藝參數(shù)，實現(xiàn)并控制磨削溫度恒定，有效的降低工件表面磨削熱損傷，提高工件磨削加工表面質(zhì)量。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪的磨削控制系統(tǒng)：包括包括旋轉(zhuǎn)測溫砂輪、溫度采集模塊、pc上位機、plc、主軸電機系統(tǒng)、伺服電機系統(tǒng)、液冷卻系統(tǒng)、風冷系統(tǒng)。

3、可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪作為系統(tǒng)的關鍵部件，能夠在砂輪磨削加工旋轉(zhuǎn)過程中進行穩(wěn)定電傳輸，實現(xiàn)溫度的實時有效測量，而且對加工過程無干涉。由刀身、旋轉(zhuǎn)導電機構(gòu)、接線端子、測溫熱電偶、測溫盤、砂輪組成；其中，旋轉(zhuǎn)導電機構(gòu)用內(nèi)六角螺栓固定在所述刀身上，刀身內(nèi)部為部分中空結(jié)構(gòu)，同時圓周側(cè)有穿線孔，旋轉(zhuǎn)導電機構(gòu)的出線經(jīng)由穿線孔在刀身內(nèi)部與接線端子一端連接，接線端子另一端則與測溫熱電偶接線端相連接；測溫熱電偶的測溫端則內(nèi)置在測溫盤上的測溫槽內(nèi)。系統(tǒng)中測溫熱電偶分為三組，依次120°均布在測溫盤內(nèi)的測溫槽中，降低測量誤差，測溫熱電偶溫度測量量程為-50℃-700℃。

4、可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪通過其上的旋轉(zhuǎn)導電機構(gòu)進線端與溫度采集模塊相連接，溫度采集模塊類型為虛擬儀器溫度采集卡與pc上位機通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，同時其提供與labview相匹配的溫度采集程序塊。

5、pc上位機作為系統(tǒng)的人機交互裝置，通過labview程序進行系統(tǒng)監(jiān)控及控制，可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪采集的溫度數(shù)據(jù)通過labview程序進行數(shù)據(jù)處理并實時顯示。

6、plc作為控制中心，包含主體cpu、模擬量輸入模塊、模擬輸出模塊，其cpu主體與pc上位機采用rs485通信連接。

7、主軸電機系統(tǒng)包括主軸和主軸變頻電機，可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪裝在主軸上通過主軸變頻電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，主軸變頻電機與plc的模擬量輸出和輸入擴展模塊相連，并通過plc模擬量輸出反饋控制進行調(diào)速，同時通過模擬量輸入反饋控制進行實時速度監(jiān)控。

8、伺服電機系統(tǒng)包括x方向進給伺服電機、y方向進給伺服電機、z方向進給伺服電機，分別控制機床工作臺xyz三個方向的進給，三個伺服電機均與plc的模擬量輸出和輸入擴展模塊相連，通過plc模擬量輸出進行伺服進給調(diào)節(jié)，同時通過模擬量輸入對工件進給量進行實時監(jiān)控。

9、液冷卻系統(tǒng)包括冷卻液箱、液壓泵、電動蝶閥、流量計、送液管，卻液箱、液壓泵、電動蝶閥、流量計通過送液管相互連接，液壓泵與plc主體cpu上的do接口相連接，電動蝶閥與plc的模擬量輸入和輸出模塊相連接。系統(tǒng)運行時液壓泵由plc控制打開，磨削冷卻液通過送液管從液壓泵傳輸?shù)诫妱拥y，再由電動蝶閥輸送工作臺，對砂輪和工件進行散熱。其中電動蝶閥的開度由plc模擬量輸出反饋控制，進而控制磨削液的輸送流量，同時由plc模擬量輸入對流量進行實時監(jiān)控。

10、風冷系統(tǒng)包括冷風機、風冷管，冷風機直接與風冷管相連對砂輪和工件進行風冷散熱，冷風機與plc主體cpu上的do接口相連接，系統(tǒng)運行時冷風機由plc控制打開。

11、本發(fā)明運行過程為；把旋轉(zhuǎn)測溫砂輪安裝在主軸上，旋轉(zhuǎn)測溫砂輪接線后，系統(tǒng)上電。機床設定初始磨削參數(shù)，pc上位機設定磨削溫度，并通過液壓泵開關按鈕和冷風機開關按鈕控制plc打開液壓泵和冷風機。機床啟動，此時主軸開始轉(zhuǎn)動，同時旋轉(zhuǎn)測溫砂輪開始磨削加工同時進行溫度采集，采集溫度通過labview程序進行計算處理獲得穩(wěn)定溫度均值，程序把穩(wěn)定溫度均值與實時溫度比較結(jié)果反饋給plc，plc通過內(nèi)部反饋控制程序，調(diào)節(jié)各個模擬量輸出，通過模擬量輸出控制主軸變頻電機轉(zhuǎn)速、x方向進給伺服電機進給、y方向進給伺服電機進給、z方向進給伺服電機進給、電動蝶閥開度，進而調(diào)節(jié)溫度至恒定。加工過程中可以通過pc上位機，實時觀看溫度、主軸轉(zhuǎn)速，xyz方向伺服電機工件進給量、冷卻液流量。系統(tǒng)初始運行時，需要對plc進行pid反饋控制初始標定，以確定合適的溫度調(diào)節(jié)范圍。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果是：在磨削加工時，旋轉(zhuǎn)測溫砂輪能夠進行穩(wěn)定的電傳導，進而實現(xiàn)溫度采集。同時測溫熱電偶置于砂輪表面，可以實現(xiàn)精準的溫度測量。同時實時的采集實時溫度，經(jīng)過pc上位機中的labview程序通過對設定溫度跟測溫砂輪實時測定溫度相比較，進而調(diào)控plc進行多輸入單輸出反饋控制，調(diào)節(jié)砂輪轉(zhuǎn)速、工件進給量、冷卻液供給量、風冷系統(tǒng)開關系列磨削工藝參數(shù)，控制并實現(xiàn)磨削溫度恒定，有效的降低磨削熱損傷，提高磨削質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪，其特征在于：包括刀身(11)、旋轉(zhuǎn)導電機構(gòu)(12)、接線端子(13)、測溫熱電偶(14)、測溫盤(15)、砂輪(16)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪；其特征在于：所述刀身(11)內(nèi)部為部分中空結(jié)構(gòu)，同時圓周側(cè)有穿線孔，所述旋轉(zhuǎn)導電機構(gòu)(12)的出線經(jīng)由穿線孔在所述刀身(11)內(nèi)部通過所述接線端子(13)與所述測溫熱電偶(14)接線端(141)相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪，其特征在于：所述測溫熱電偶(14)分為三組，依次120°均布在所述測溫盤(15)內(nèi)的測溫槽中，溫度測量量程為-50℃-700℃。

4.基于上述可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪的磨削控制系統(tǒng)，其特征在于：包括旋轉(zhuǎn)測溫砂輪(1)、溫度采集模塊、pc上位機、plc、主軸電機系統(tǒng)、伺服電機系統(tǒng)、液冷卻系統(tǒng)、風冷系統(tǒng)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪的磨削控制系統(tǒng)，其特征在于：所述plc的模擬量輸入模塊接口以及模擬量輸出模塊接口分別與所述主軸電機系統(tǒng)內(nèi)的所述主軸變頻電機(22)、與所述伺服電機系統(tǒng)內(nèi)的所述x方向進給伺服電機(72)和所述y方向進給伺服電機(73)以及所述z方向進給伺服電機(71)、與所述液冷卻系統(tǒng)內(nèi)的所述電動蝶閥(33)相連接；所述plc的cpu上的系列do接口分別與所述液冷卻系統(tǒng)內(nèi)的所述液壓泵(32)和所述風冷系統(tǒng)內(nèi)的所述冷風機(41)相連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于可旋轉(zhuǎn)測溫砂輪的磨削控制系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)測溫砂輪、溫度采集模塊、PC上位機、PLC、主軸電機系統(tǒng)、伺服電機系統(tǒng)、液冷卻系統(tǒng)、風冷系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)測溫砂輪內(nèi)置溫度熱電偶，溫度熱電偶與溫度采集模塊連接，溫度采集模塊與PC上位機連接，PC上位機與PLC連接，PLC與主軸電機系統(tǒng)、伺服電機系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、風冷系統(tǒng)分別相連接，PC上位機作為控制中心，把設定溫度作為輸入變量，并采用Labview程序跟旋轉(zhuǎn)測溫砂輪實時測定溫度相比較，進而控制PLC進行多輸入單輸出PI?D反饋控制，調(diào)控砂輪轉(zhuǎn)速、工件工件進給量、冷卻液供給量系列磨削工藝參數(shù)，實現(xiàn)磨削溫度恒定，有效的降低工件磨削熱損傷，提高工件表面磨削質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：彭銳濤,陳文濤,陳祥,唐新姿,曾楊莉
受保護的技術(shù)使用者：湘潭大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6