CN106707963A - 一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法，根据主轴电机电流的变化计算并实时更新砂轮磨损量，通过数控系统在插补器层的二次开发接口，根据该实时更新的砂轮磨损量，修正G代码理论运行轨迹点，从而实现砂轮磨损的实时补偿，无需对现有设备机械结构进行修改，只需对数控系统进行相应的二次开发，即可实现实时的砂轮磨损补偿，设备改造成本较少；由于无需频繁地对刀和修改刀补参数，磨削加工效率大大提高，磨削加工精度更高，抛光效果一致性更好；本发明结合配套的自动编程模块，可适用于不同行业、不同工艺需求的砂轮磨损实时补偿功能要求，具有广泛的应用市场，尤其可应用在石材、陶瓷、玻璃等材料的形状复杂的平面轮廓曲线磨边领域。

Description

一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法

技术领域

本发明涉及数控磨削领域，尤其是一种基于数控系统的磨边工序中砂轮磨损实时补偿方法，适用于专用磨边设备，尤其是异型平面板材磨边应用领域。

背景技术

针对在磨削过程中砂轮磨损导致磨削精度降低的问题，目前通常采用砂轮磨损补偿方法有以下三种：

1、采用自动测量仪直接测量砂轮磨损量，然后进行砂轮磨损补偿，该方法是一种离线测量补偿方案，在高精度内、外圆磨领域应用较为广泛，适用于砂轮磨损量较小、磨削精度较高的场合，但该方案的成本也相对较高；

2、采用自主设计的自动测量装置或磨削力自适应控制装置来实现砂轮的实时磨损补偿，该方法是一种在线测量补偿方案，常见的设计方案有气动控制系统、电液比例控制系统等，该方案通常需要对现有的磨削加工设备进行一定程度的改造，实际应用受到一定的限制；

3、针对简单直线轮廓边的磨抛，目前采用的是通过读取主轴电机的电流，采用PID控制算法来控制进给电机的运动，实现直线边的恒力磨削，但该方案无法适用于复杂平面异形轮廓边的磨抛。

目前市场上对砂轮磨损自适应实时补偿方案有较大的需求，特别是针对磨边精度要求相对较低(0.05mm-0.1mm)，磨边轮廓相对较复杂、砂轮磨损相对较快的应用场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法，适用于磨边精度要求相对较低(0.05mm-0.1mm)、磨边轮廓相对较复杂、砂轮磨损相对较快的应用场合，在保证磨削加工精度的前提下，能大大提高磨削加工的效率，相较于现有的砂轮磨损补偿方案，具有更广泛的适用性。

本发明一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法，通过主轴电机电流的变化计算并实时更新砂轮磨损量，通过数控系统在插补器层的二次开发接口，根据该实时更新的砂轮磨损量，修正G代码理论运行轨迹点，从而实现砂轮磨损的实时补偿。

进一步的，具体包括如下步骤：

步骤1、在每个采样周期T从主轴电机的驱动单元获取主轴电机电流I_i，i＝1，2，...，k，...；

步骤2、将实时获取的电机电流I_i通过模拟量输入I/O模块接入数控系统；

步骤3、在数控系统中将每个采样周期实时读取的电机电流I_i通过加权递推滤波平均算法进行滤波处理，得到去噪平滑处理之后的实时电机电流

步骤4、将实时电机电流与磨边工艺设置的阈值电流I_s进行比较，若则δ_i＝δ_i-1+Δδ，否则δ_i＝δ_i-1，据此规则更新砂轮磨损量δ_i，其中：δ_i为砂轮磨损量，Δδ为砂轮磨损增量常量，ΔI为电流超差范围的阈值常量，ΔI、Δδ根据现场工艺确定，δ₀＝0；

步骤5、在数控系统中获取G代码轨迹在当前插补周期由插补器输出的理论坐标值(x_i，y_i)，i＝1，2，...，k，...，结合上一插补周期插补器输出的理论坐标值(x_i-1，y_i-1)，即可计算数控系统G代码当前运行轨迹的单位切向量(j_i，k_i)：

步骤6、根据单位切向量(j_i，k_i)，即可得到数控系统G代码当前运行轨迹处的两个单位法向量(m_i1，n_i1)，(m_i2，n_i2)，这两个单位法向量分别为垂直于当前G代码运行轨迹方向指向左侧、右侧的法向量：

步骤7、根据数控系统当前的左、右刀补设置，结合“左刀补，往右进行磨损补偿，右刀补，往左进行磨损补偿”的规则，即可确定唯一的单位法向量(m_i1，n_i1)，此方向即为砂轮磨损量在数控系统G代码当前运行轨迹处沿X、Y轴的分配方向；

步骤8、根据计算获得的砂轮磨损量在数控系统G代码当前运行轨迹处沿X、Y轴的分配方向(m_i1，n_i1)，计算修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)：

将修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)直接输出、执行；

步骤9、至此，砂轮磨损实时补偿算法在数控系统的插补周期内完成一个周期的运行。

进一步的，在所述步骤8计算得到修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)后，增加如下执行内容：

通过数控系统接口函数获取上一插补周期数控系统实际位置坐标值(x_i-1″，y_i-1″)，将该坐标值与修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)进行比较，若两坐标点X、Y坐标差值均未超过数控系统平滑处理的阈值，则将修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)直接输出、执行；若两坐标点X或Y坐标值超过数控系统平滑处理的阈值，则需要进行平滑处理；

平滑处理时，以上一插补周期数控系统实际位置坐标点(x_i-1″，y_i-1″)和修正后的G代码理论运行轨迹点坐标点(x_i′，y_i′)确定的向量为方向，沿该方向运行一段距离1，以此解决修正后G代码运行轨迹突变的问题，并据此计算出平滑处理后的G代码运行轨迹点坐标值(x_i″，y_i″)：

然后将平滑处理后的G代码运行轨迹点坐标值(x_i″，y_i″)直接输出、执行。

本发明应用电机电流与外部工作负载直接相关的原理，通过主轴电机电流的变化计算并实时更新砂轮的磨损量，采用数控系统在插补器层的二次开发接口，根据该实时更新的砂轮磨损量，实时修正G代码理论运行轨迹，无需对现有设备机械结构进行修改，只需对数控系统进行相应的二次开发，即可实现实时的砂轮磨损补偿，设备改造成本较少；由于无需频繁地对刀和修改刀补参数，磨削加工效率大大提高，磨削加工精度更高，抛光效果一致性更好；本发明结合配套的个性化自动编程模块(CAM模块)，可以适用于不同行业、不同工艺需求的砂轮磨损实时补偿功能要求，具有广泛的应用市场，尤其可应用在石材、陶瓷、玻璃等材料的形状复杂的平面轮廓曲线磨边领域。

附图说明

图1为本发明砂轮磨损实时补偿效果示意图。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

具体实施方式

下面结合华中数控818A型系统的实时补偿的二次开发应用对本发明作进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法，具体包括如下步骤：

步骤1、在每个采样周期T(T＝1ms)从三相异步电机的变频器单元获取主轴电机电流I_i，i＝1，2，...，k，...，即从主轴电机的驱动单元获取电机电流I_i；

步骤2、将实时获取的电机电流Ii通过模拟量输入模块HIO-1073接入数控系统；

步骤3、在数控系统中将每个采样周期实时读取的电机电流I_i通过加权递推滤波平均算法进行滤波处理，得到去噪平滑处理之后的实时电机电流

步骤4、将实时电机电流与磨边工艺设置的阈值电流I_s进行比较，若则δ_i＝δ_i-1+Δδ，否则δ_i＝δ_i-1，据此规则更新砂轮磨损量δ_i，其中：δ_i为砂轮磨损量，Δδ为砂轮磨损增量常量，ΔI为电流超差范围的阈值常量，ΔI、Δδ根据现场工艺确定，δ₀＝0；

步骤5、在数控系统中获取G代码轨迹在当前插补周期由插补器输出的理论坐标值(x_i，y_i)，i＝1，2，...，k，...，结合上一插补周期插补器输出的理论坐标值(x_i-1，y_i-1)，即可计算数控系统G代码当前运行轨迹的单位切向量(j_i，k_i)：

步骤6、根据单位切向量(j_i，k_i)，即可得到数控系统G代码当前运行轨迹处的两个单位法向量(m_i1，n_i1)，(m_i2，n_i2)，这两个单位法向量分别为垂直于当前G代码运行轨迹方向指向左侧、右侧的法向量：

步骤7、根据数控系统当前的左、右刀补设置，结合“左刀补，往右进行磨损补偿，右刀补，往左进行磨损补偿”的规则，即可确定唯一的单位法向量(m_i1，n_i1)(此处以右刀补为例进行说明)，此方向即为砂轮磨损量在数控系统G代码当前运行轨迹处沿X、Y轴的分配方向；

步骤8、根据计算获得的砂轮磨损量在数控系统G代码当前运行轨迹处沿X、Y轴的分配方向(m_i1，n_i1)，即可计算修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)：

步骤9、通过数控系统接口函数获取上一插补周期数控系统实际位置坐标值(x_i-1″，y_i-1″)，将该坐标值与修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)进行比较，若两坐标点X或Y坐标差值超过数控系统平滑处理的阈值，则需要进行平滑处理，转步骤10；若两坐标点X、Y坐标值均未超过数控系统平滑处理的阈值，则将修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)直接输出、执行；

步骤10、平滑处理时，以上一插补周期数控系统实际位置坐标点(x_i-1″，y_i-1″)和修正后的G代码理论运行轨迹点坐标点(x_i′，y_i′)确定的向量为方向，沿该方向运行一段距离1，以此解决修正后G代码运行轨迹突变的问题，并据此计算出平滑处理后的G代码运行轨迹点坐标值(x_i″，y_i″)：

然后将平滑处理后的G代码运行轨迹点坐标值(x_i″，y_i″)直接输出、执行；

步骤11、至此如图1所示，砂轮磨损实时补偿算法在数控系统的插补周期内完成一个周期的运行。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法，其特征在于：根据主轴电机电流的变化计算并实时更新砂轮磨损量，通过数控系统在插补器层的二次开发接口，根据该实时更新的砂轮磨损量，修正G代码理论运行轨迹点，从而实现砂轮磨损的实时补偿。

2.根据权利要求1所述的一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法，其特征在于具体包括如下步骤：

步骤1、在每个采样周期T从主轴电机的驱动单元获取主轴电机电流I_i，i＝1，2，...，k，...；

步骤2、将实时获取的电机电流I_i通过模拟量输入I/O模块接入数控系统；

步骤3、在数控系统中将每个采样周期实时读取的电机电流I_i通过加权递推滤波平均算法进行滤波处理，得到去噪平滑处理之后的实时电机电流

步骤4、将实时电机电流与磨边工艺设置的阈值电流I_s进行比较，若则δ_i＝δ_i-1+Δδ，否则δ_i＝δ_i-1，据此规则更新砂轮磨损量δ_i，其中：δ_i为砂轮磨损量，Δδ为砂轮磨损增量常量，ΔI为电流超差范围的阈值常量，ΔI、Δδ根据现场工艺确定，δ₀＝0；

步骤5、在数控系统中获取G代码轨迹在当前插补周期由插补器输出的理论坐标值(x_i，y_i)，i＝1，2，...，k，...，结合上一插补周期插补器输出的理论坐标值(x_i-1，y_i-1)，即可计算数控系统G代码当前运行轨迹的单位切向量(j_i，k_i)：

$\left\{\begin{array}{c}{j}_i=\frac{(x_i-x_{i-1})}{{\[{(x_i-x_{i-1})}^2+{(y_i-y_{i-1})}^2\]}^{1/2}}\\ k_i=\frac{(y_i-y_{i-1})}{{\[{(x_i-x_{i-1})}^2+{(y_i-y_{i-1})}^2\]}^{1/2}}\end{array}\right.$

步骤6、根据单位切向量(j_i，k_i)，即可得到数控系统G代码当前运行轨迹处的两个单位法向量(m_i1，n_i1)，(m_i2，n_i2)，这两个单位法向量分别为垂直于当前G代码运行轨迹方向指向左侧、右侧的法向量：

$\left\{\begin{array}{c}{m}_{i1}=\frac{-(y_i-y_{i-1})}{{\[{(x_i-x_{i-1})}^2+{(y_i-y_{i-1})}^2\]}^{1/2}}\\ n_{i1}=\frac{(x_i-x_{i-1})}{{\[{(x_i-x_{i-1})}^2+{(y_i-y_{i-1})}^2\]}^{1/2}}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{m}_{i2}=\frac{(y_i-y_{i-1})}{{\[{(x_i-x_{i-1})}^2+{(y_i-y_{i-1})}^2\]}^{1/2}}\\ n_{i2}=\frac{-(x_i-x_{i-1})}{{\[{(x_i-x_{i-1})}^2+{(y_i-y_{i-1})}^2\]}^{1/2}}\end{array}\right.$

步骤7、根据数控系统当前的左、右刀补设置，结合“左刀补，往右进行磨损补偿，右刀补，往左进行磨损补偿”的规则，即可确定唯一的单位法向量(m_i1，n_i1)，此方向即为砂轮磨损量在数控系统G代码当前运行轨迹处沿X、Y轴的分配方向；

步骤8、根据计算获得的砂轮磨损量在数控系统G代码当前运行轨迹处沿X、Y轴的分配方向(m_i1，n_i1)，计算修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)：

$\left\{\begin{array}{c}{x_i}^{\′}=x_i+{\mathrm{\δ}}_i*m_{i1}\\ {y_i}^{\′}=y_i+{\mathrm{\δ}}_i*n_{i1}\end{array}\right.$

将修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)直接输出、执行；

步骤9、至此，砂轮磨损实时补偿算法在数控系统的插补周期内完成一个周期的运行。

3.根据权利要求2所述的一种基于数控系统的砂轮磨损实时补偿方法，其特征在于在所述的步骤8计算得到修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)后，增加如下执行内容：

通过数控系统接口函数获取上一插补周期数控系统实际位置坐标值(x″_i-1，y″_i-1)，将该坐标值与修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)进行比较，若两坐标点X、Y坐标差值均未超过数控系统平滑处理的阈值，则将修正后的G代码理论运行轨迹点坐标值(x_i′，y_i′)直接输出、执行；若两坐标点X或Y坐标值超过数控系统平滑处理的阈值，则需要进行平滑处理；

平滑处理时，以上一插补周期数控系统实际位置坐标点(x″_i-1，y″_i-1)和修正后的G代码理论运行轨迹点坐标点(x_i′，y_i′)确定的向量为方向，沿该方向运行一段距离1，以此解决修正后G代码运行轨迹突变的问题，并据此计算出平滑处理后的G代码运行轨迹点坐标值(x_i″，y_i″)：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_i^{\′\′}=x_{i-1}^{\′\′}+\frac{l*(x_i^{\′}-x_{i-1}^{\′\′})}{{\[{(x_i^{\′}-x_{i-1}^{\′\′})}^2+{(y_i^{\′}-y_{i-1}^{\′\′})}^2\]}^{1/2}}\\ y_i^{\′\′}=y_{i-1}^{\′\′}+\frac{l*(y_i^{\′}-y_{i-1}^{\′\′})}{{\[{(x_i^{\′}-x_{i-1}^{\′\′})}^2+{(y_i^{\′}-y_{i-1}^{\′\′})}^2\]}^{1/2}}\end{array}\right.$

然后将平滑处理后的G代码运行轨迹点坐标值(x_i″，y_i″)直接输出、执行。