CN109877689B - 连续周向切割圆柱杆件的砂轮自动切割装置及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续周向切割圆柱杆件的砂轮自动切割装置及砂轮磨损自动补偿方法，所述砂轮自动切割装置包括砂轮片、切割电机、丝杆滑台及伺服电机，所述丝杆滑台与圆柱杆件相间隔垂直设置，砂轮片通过切割电机设于丝杆滑台上，伺服电机驱动丝杆滑台带动切割电机滑台线性移动，切割电机驱动砂轮片转动周向切割圆柱杆件；还包括电流采集单元及PLC控制器，电流采集单元用于采集切割电机的电流值，PLC控制器根据采集的电流信号控制切割电机及伺服电机的运行，完成对杆件的自动切割，该装置切割精度高、可靠性强。通过该方法可自动补偿砂轮的磨损量，从而保证砂轮连续切割时的切割精度。

Description

连续周向切割圆柱杆件的砂轮自动切割装置及补偿方法

技术领域

本发明涉及切割设备，具体涉及一种连续周向切割圆柱杆件的砂轮自动切割装置及补偿方法。

背景技术

工件的切割通常使用电动砂轮片机。电动砂轮片机切割工件时，砂轮片会产生磨损，砂轮片的直径就会逐渐变小。在电动砂轮片机连续进行自动切割工件时，假定待切割工件的直径不变，如果不对砂轮片的直径进行补偿，则每次的切割量就会逐渐减少，直至砂轮片切割不到工件。

对电动砂轮片机的砂轮片补偿的方法通常有手动补偿和自动补偿。

手动补偿对设备的调节精度和操作人员责任心要求高，工作效率低，精度难以控制。自动补偿可以降低对人的依赖性，保证每次切割的一致性和精准度。

中国专利CN206366899U公开了一种全自动管材切割机的砂轮行程补偿装置，包括机架、机套和升降补偿装置，机架设有导轨座，导轨座上设有立柱和用于夹紧工件的管材夹紧装置；机套滑动设置在立柱上，机套上设有砂轮；升降补偿装置包括与机套连接的液压油缸、限位螺杆和与机套保持共同升降的示位轴，示位轴、限位螺杆的顶端分别对应设有示位传感器、限位传感器，限位螺杆由马达通过传动装置驱动，马达上设有驱动传感器；距离传感器、液压油缸、示位传感器、限位传感器、驱动传感器分别与控制系统连接。本实用新型，设有升降补偿装置，使得砂轮在每次完成切割上行回位后，其切割下缘与工件的间距保持恒定，减少了砂轮不必要的上行行程，提高了工作效率。

中国专利CN206326119U公开了一种精密铸件自动切割机，包括机架，所述机架上设有用于带动铸件移动的工装机构和切割机构，其技术方案的要点是：所述切割机构包括设于所述机架上的切割底座，所述切割底座上设有用于固定切割片的切割片固定轴和自动调节所述切割片固定轴垂直高度的高度调节机构，所述机架上设有用于感应切割片外缘轮廓并发出控制信号的切割片感应器，当所述切割片感应器感应到切割片外缘轮廓变小时，向所述高度调节机构发出信号使其抬高所述切割片固定轴的垂直高度。本实用新型提供精密铸件自动切割机，人工夹持铸件上料后，能够自动完成切割铸件，安全高效，对于切割片的尺寸变小进行自动进给补偿，实现真正的自动化作业。

中国专利CN207971801U公开了一种全自动去料头料尾棒料切割系统，其结构包括自动理料的料架、可调整高度的送料滚轮、测量长度的测量装置、向前定长送料的送料装置、可自动补偿转速和位置的补偿机构、可移动式的切割机头、人机互动系统和分料装置，所述送料滚轮设于料架上，所述料架与送料装置之间设有测量装置，所述送料装置出料口处设有分料装置，所述补偿机构设于送料装置上部。该切割系统替代人工操作，在保证切割质量的同时保证了操作者的人身安全提高劳动效率，调整方便，制作简单，所需物力少。

上述专利均需采用传感器检测砂轮直径或砂轮与切割工件的距离通过升降机构补偿砂轮的磨损量，其技术方案较为复杂，切割设备整体结构较为庞大，且系统的运行完全依赖于传感器的测量精度及可靠性大小，切割精度低，可靠性差。

发明内容

本发明提供一种连续周向切割圆柱杆件的砂轮自动切割装置及补偿方法，通过检测切割电机空载电流和工作状态下的电流，判断砂轮片是否切割到工件，通过增加砂轮电机的移动距离实现砂轮片磨损后的补偿，无需额外增加各种测量传感器件和机械结构，结构简单，设备整体尺寸小，切割精度高，可靠性高。

为此，本发明采用技术方案是：

一种连续周向切割圆柱杆件的砂轮自动切割装置，包括砂轮片、切割电机、丝杆滑台及伺服电机，所述丝杆滑台与圆柱杆件相间隔垂直设置，砂轮片通过切割电机设于丝杆滑台上，伺服电机驱动丝杆滑台带动切割电机及砂轮片沿滑台线性移动，切割电机驱动砂轮片转动；还包括电流采集单元及PLC控制器，电流采集单元用于采集切割电机的电流值，PLC控制器根据采集的电流值控制砂轮片自动切割圆柱杆件。

进一步地，所述电流采集单元包括I/V转换模块及A/D转换模块，I/V转换模块将采集的切割电机电流值转换成模拟电压值，A/D转换模块将模拟电压值转换为数字电压值，PLC控制器根据所述数字电压值控制砂轮片自动切割圆柱杆件。

进一步地，所述电流采集单元包括I/I转换模块及A/D转换模块，I/I转换模块将采集的切割电机电流值转换成模拟电流值，A/D转换模块将模拟电流值转换为数字电流值，PLC控制器根据所述数字电流值控制砂轮片自动切割圆柱杆件。

电流的模拟信号转换为数字信号，可以直接被PLC控制器接收，便于对砂轮片切割时的电流变换的监测。数字信号在传输过程中具有更高的抗干扰能力，更远的传输距离，且失真幅度小，切割精度的控制更高，并且获得的数据便于处理和交换。

一种砂轮片连续周向切割圆柱杆件的磨损自动补偿方法，包括以下步骤：

4.1)初次切割时，PLC控制器控制伺服电机带动切割电机从原点位置按照设定好的初始移动距离A1快速移动到工件附近；

4.2)然后慢速移动，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，电流采集单元采集该电流值并将该电流值转换为数字电流值或数字电压值后传送给PLC控制器，PLC读取该数字电压值或数字电流值后与设定好的产生中断的数字电压值或数字电流值作比较，大于该值时，PLC程序中断，PLC控制器保存切割电机的当前坐标值B1；

4.3)切割电机继续前进，砂轮片按照设定好的切割深度切割工件，达到切割深度后，PLC控制器控制切割电机快速返回到原点位置，这时工件被移动到下一个被切割位置；

4.4)PLC控制器控制伺服电机带动切割电机再次从原点位置按照设定好的距离A1快速移动到工件附近；

4.5)然后慢速移动，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，电流采集单元采集该电流值并将该电流值转换为数字电流值或数字电压值后传送给PLC控制器，PLC读取该数字电压值或数字电流值后与设定好的产生中断的数字电压值或数字电流值作比较，大于该值时，PLC程序再次中断，PLC控制器保存切割电机的当前坐标值B2，工件被移动到下一个被切割位置；

4.6)将坐标值B2与坐标值B1的差值与初始移动距离A1叠加获得新的切割电机移动距离A2；

4.7)重复步骤步骤4.4～4.6，将每次获得的新的切割电机移动距离An覆盖前一次的移动距离An-1，直到移动距离An的数值达到砂轮片磨损量的上限，设备停机并等待更换砂轮片。

进一步地，还包括砂轮片更新后砂轮片移动距离自动复位的步骤，即更新砂轮片后，切割电机移动距离An回复到初始移动距离A1。

进一步地，所述步骤4.1中，切割电机从原点位置按照设定好的初始移动距离A1快速移动到工件附近时，砂轮片外缘与圆柱杆件外缘的距离为1～10mm。

进一步地，步骤4.2)及步骤4.5)中所述电流采集单元包括I/V转换模块及A/D转换模块，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，I/V模块采集切割电机电流值并将该电流值转换成0～10V的模拟电压值，该模拟电压值经A/D模块转换成数字电压值，PLC读取该数字电压值后与设定好的产生中断的数字电压值作比较，大于该值时，PLC程序中断。

进一步地，步骤4.2)及步骤4.5)中所述电流采集单元包括I/I转换模块及A/D转换模块，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，I/I模块采集切割电机电流值并将该电流值转换成4～20mA的模拟电流值，该模拟电流值经A/D模块转换成数字电流值，PLC读取该数字电流值后与设定好的产生中断的数字电流值作比较，大于该值时，PLC程序中断。

本发明的有益效果：

1、本发明的砂轮自动切割装置，结构简单，运行可靠。

2、本发明的砂轮自动切割装置，通过检测切割电机空载电流和工作状态下的电流判断砂轮片是否切割到工件，当切割到工件后，按照设定好的切割深度继续切割，保证切割深度的一致，切割精度高，切割可靠性高。

3、本发明的砂轮片磨损自动补偿方法，通过分步控制砂轮片的移动速度，先采用提高切割的效率，同时避免了因砂轮片与工件快速撞击而造成的工件损伤。

4、本发明的砂轮片磨损自动补偿方法，通过自动检测砂轮片外径的磨损量及修正切割电机的进给量实现自动补偿，运行可靠，效率高。

附图说明

图1是本发明砂轮自动切割装置的实施方式1的系统结构示意图，示出了各部件的安装位置及各模块的连接关系。

图2是本发明砂轮自动切割装置的实施方式2的系统结构示意图，示出了各部件的安装位置及各模块的连接关系。

图3是本发明砂轮自动切割装置的初始状态图，示出切割电机处于原点位置的状态。

图4是本发明的砂轮自动切割装置的工作状态图一，示出切割电机快速移动到玻璃棒旁时的状态。

图5是本发明的砂轮自动切割装置的工作状态图二，示出切割电机切入玻璃棒时的状态。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及优选的实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施方式1

参阅图1，一种连续周向切割圆柱杆件的砂轮自动切割装置，包括砂轮片8、切割电机2、丝杆滑台3及伺服电机1。丝杆滑台3与圆柱杆件7相间隔垂直设置，切割电机2通过其电机座滑动设于丝杆滑台3上，砂轮片8套装在切割电机2的电机轴上，伺服电机驱动丝杆滑台3带动切割电机2及砂轮片8沿滑台线性移动，切割电机2驱动砂轮片8转动。丝杆滑台为现有技术，其结构及工作原理这里不再赘述。还包括电流采集单元及PLC控制器6，PLC控制器6与切割电机2、伺服电机1及电流采集单元电连接。

在本实施中，电流采集单元包括I/V(电流电压转换)转换模块4及A/D(模数转换)转换模块5。I/V转换模块4将采集的切割电机2的电流值转换成模拟电压值，A/D转换模块5将所述模拟电压值转换为数字电压值，PLC控制器6根据所述数字电压值控制砂轮片8自动切割圆柱杆件7。

I/V模块、A/D模块及PLC控制器均为现有技术，在本实施例中，I/V模块选用北京华控兴业科技发展有限公司生产的HKK13型直流电流变送器，A/D模块选用三菱FX2N-2AD型号，PLC控制器选用FX3GA-40MT型号。

在本实施中，所述圆柱杆件为玻璃棒。在其它实施例中，所述圆柱杆件也可以为圆钢、塑料棒等其他圆柱型杆件。本实施例以玻璃棒为例说明本申请的技术方案的实施。

一定长度的玻璃棒，需要用电动砂轮片机切割成一段一段的短棒。

现有的切割方式为：安装好玻璃棒后，切割电机按照设定好的快速移动距离从原点位置移动到被切割玻璃棒旁，然后按照设定好的切割距离慢速移动并切割玻璃棒，切割完成后，快速返回到原点。随着砂轮片切割次数的增加，砂轮片外圆磨损加剧，在切割电机快速移动距离和慢速切割距离不变的情况下，切割到玻璃棒上的深度就会减少，操作人员大约每20分钟左右就会根据切割深度调整一次参数，当操作人员没有及时调整参数时，就会因切割深度不够而产生玻璃棒的报废。在整个生产过程中，对操作人员的专注度提出了比较高的要求，设备对人的依赖度较高。

如果要保证每次切割量一致和准确度，就要对砂轮片的磨损进行补偿。

本发明的设计原理是：

①设定初始“切割电机快速移动距离A1”。这个参数只在每次更换过新的砂轮片后才起作用，随着砂轮片外圆直径的减少，该参数值会不断的增大。因为砂轮片与被切割的玻璃棒有一段距离，为了提高生产效率，在每次切割时，砂轮片需要快速移动到玻璃棒旁，然后再慢速移动并切割。随着砂轮片外圆的磨损加大，如果“切割电机快速移动距离”不变，切割电机慢速移动的距离就会增加，生产效率就会降低。因此，本申请设计了“切割电机快速移动距离”实时更替步骤，在初始的“切割电机快速移动距离A1”的基础上，和每次砂轮片切割到玻璃棒时的坐标值与其上一次切割到玻璃棒的坐标值的差相加，得到新的数值并替换掉前一次的“切割电机快速移动距离”，也就是砂轮片外圆的磨损量叠加到“切割电机快速移动距离”数值中，保证无论砂轮片外圆磨损量是多少，砂轮片都能快速移动到玻璃棒旁，减少了慢速移动的距离，提高了生产效率,实现了砂轮片在切割过程中的切割深度的补偿。

②设定更换新的砂轮片后自动复位功能。当更换了一个新的砂轮片后，砂轮片的直径恢复到了原有的直径，直径变大意味着如果切割电机还按照更换砂轮片前的“切割电机快速移动距离”移动，就会与玻璃棒相撞。因此，本申请设计了砂轮片更新后自动复位步骤，在更换了一片新的砂轮片后按下“确定更换新的砂轮片”按键，初始的“切割电机快速移动距离A1”数据即覆盖掉更换砂轮片之前的“切割电机快速移动距离An”数据。

实施方式2

参阅图2，实施方式2与实施方式1的技术方案基本相同，不同之处仅在于电流采集单元包括I/I(大电流转换成小电流)转换模块41及A/D(模数转换)转换模块51，I/I转换模块41将采集的切割电机电流值转换成模拟电流值，A/D转换模块51将模拟电流值转换为数字电流值，PLC控制器61根据所述数字电流值控制砂轮片8自动切割圆柱杆件7。

I/I模块、A/D模块及PLC控制器均为现有技术，在本实施例中，I/I模块选用北京华控兴业科技发展有限公司生产的HK-D4I型直流电流变送器，A/D模块选用三菱FX2N-2AD，PLC控制器选用FX3GA-40MT型号。

实施方式3

参阅图3至图5，以实施方式1的砂轮自动切割装置切割一根长度3m、直径8mm的玻璃棒为例(玻璃棒的切割深度要求1.5mm，切割间距90mm)，说明本发明的砂轮片磨损自动补偿方法，其包括以下步骤：

步骤1：更换一片新的砂轮片，并点击“确定更换新的砂轮片”按键；

步骤2：起动切割电机2，砂轮片8高速旋转，玻璃棒开始旋转；

步骤3：PLC控制器6控制伺服电机1带动丝杆滑台3上的切割电机2从原点位置按照设定好的初始“切割电机快速移动距离A1”移动到玻璃棒附近，此时砂轮片8外缘与玻璃棒7外缘的距离为5mm，然后慢速移动；

步骤4：当砂轮片8碰到玻璃棒7时，切割电机2的电流变大，I/V模块4读取该电流值并将其转换成0～10V的模拟电压值，模拟电压经A/D模块5转换成数字电压，PLC读取该数字电压值后与设定好的产生中断的数字电压值作比较，大于该值时，PLC控制器6产生中断，中断程序中PLC控制器6读取并存储切割电机在丝杆滑台上的当前坐标值B1，即伺服电机移动的脉冲数；

步骤5：接着切割电机2按照设定好的参数继续移动1.5mm切割玻璃棒7，切割到位后，PLC控制器6控制伺服电机1带动丝杆滑台3上的切割电机2退回到原点位置；

步骤6：玻璃棒被横向移动90mm，切割电机2从原点位置按照“切割电机快速移动距离A1”参数中的数值移动到玻璃棒附近，然后慢速移动；

步骤7：当切割电机2的砂轮片8再次切割到玻璃棒7时，切割电机2的电流变大，PLC控制器6再次产生中断，存储切割电机在丝杆滑台上的当前坐标值B2，坐标值B2与坐标值B1相减，差值与初始设定的“切割电机快速移动距离A1”相加，获得的新“切割电机快速移动距离A2”；

步骤8：重复步骤5～7，将每次获得的新的切割电机移动距离An覆盖前一次的移动距离An-1，直到移动距离An的数值达到砂轮片磨损量的上限，设备停机并等待更换砂轮片；

步骤9：当“切割电机快速移动距离An”数值不断增加达到设定上限，说明砂轮片的磨损已达上限，设备停机并提示更换砂轮片。

实施方式4

参阅图3至图5，以实施方式2的砂轮自动切割装置切割一根长度3m、直径8mm的玻璃棒为例(玻璃棒的切割深度要求1.5mm，切割间距90mm)，说明本发明的砂轮片磨损自动补偿方法，其包括以下步骤：

步骤1：更换一片新的砂轮片，并点击“确定更换新的砂轮片”按键；

步骤2：起动切割电机2，砂轮片高速旋转，玻璃棒7开始旋转；

步骤3：PLC控制器61控制伺服电机1带动丝杆滑台3上的切割电机2从原点位置按照设定好的初始“切割电机快速移动距离A1”移动到玻璃棒7附近，此时砂轮片8外缘与玻璃棒7外缘的距离为5mm，然后慢速移动；

步骤4：当砂轮片碰到玻璃棒时，切割电机2的电流变大，I/I模块41读取该电流值并将其转换成4～20mA的模拟电流值，该模拟电流值经A/D模块51转换成数字电流值，PLC控制器61读取该数字电流值后与设定好的产生中断的数字电流值作比较，大于该值时，PLC控制器61产生中断，中断程序中PLC控制器读取并存储切割电机2在丝杆滑台3上的当前坐标值B1，即伺服电机1移动的脉冲数；

步骤5：接着切割电机2按照设定好的参数继续移动1.5mm切割玻璃棒7，切割到位后，PLC控制器61控制伺服电机1带动丝杆滑台上的切割电机2退回到原点位置；

步骤6：玻璃棒被横向移动90mm，切割电机2从原点位置按照“切割电机快速移动距离A1”参数中的数值移动到玻璃棒7附近，然后慢速移动；

步骤7：当切割电机的砂轮片8再次切割到玻璃棒7时，切割电机2的电流变大，PLC控制器61再次产生中断，存储切割电机在丝杆滑台上的当前坐标值B2，坐标值B2与坐标值B1相减，差值与初始设定的“切割电机快速移动距离A1”相加，获得的新“切割电机快速移动距离A2”；

步骤8：重复步骤5～7，将每次获得的新的切割电机移动距离An覆盖前一次的移动距离An-1，直到移动距离An的数值达到砂轮片磨损量的上限，设备停机并等待更换砂轮片；

步骤9：当“切割电机快速移动距离An”数值不断增加达到设定上限，说明砂轮片的磨损已达上限，设备停机并提示更换砂轮片。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。

Claims (5)

1.一种砂轮片连续周向切割圆柱杆件的磨损自动补偿方法，其特征在于，包括砂轮自动切割装置，所述砂轮自动切割装置包括砂轮片、切割电机、丝杆滑台及伺服电机，所述丝杆滑台与圆柱杆件相间隔垂直设置，砂轮片通过切割电机设于丝杆滑台上，伺服电机驱动丝杆滑台带动切割电机及砂轮片沿滑台线性移动，切割电机驱动砂轮片转动；还包括电流采集单元及PLC控制器，电流采集单元用于采集切割电机的电流值，PLC控制器根据采集的电流值控制砂轮片自动切割圆柱杆件；

所述磨损自动补偿方法包括以下步骤：

1.1）初次切割时，PLC控制器控制伺服电机带动切割电机从原点位置按照设定好的初始移动距离A1快速移动到工件附近；

1.2）然后慢速移动，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，电流采集单元采集该电流值并将该电流值转换为数字电流值或数字电压值后传送给PLC控制器，PLC读取该数字电压值或数字电流值后与设定好的产生中断的数字电压值或数字电流值作比较，大于该值时，PLC程序中断，PLC控制器保存切割电机的当前坐标值B1；

1.3）切割电机继续前进，砂轮片按照设定好的切割深度切割工件，达到切割深度后，PLC控制器控制切割电机快速返回到原点位置，这时工件被移动到下一个被切割位置；

1.4）PLC控制器控制伺服电机带动切割电机再次从原点位置按照设定好的距离A1快速移动到工件附近；

1.5）然后慢速移动，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，电流采集单元采集该电流值并将该电流值转换为数字电流值或数字电压值后传送给PLC控制器，PLC读取该数字电压值或数字电流值后与设定好的产生中断的数字电压值或数字电流值作比较，大于该值时，PLC程序再次中断，PLC控制器保存切割电机的当前坐标值B2，工件被移动到下一个被切割位置；

1.6）将坐标值B2与坐标值B1的差值与初始移动距离A1叠加获得新的切割电机移动距离A2；

1.7）重复步骤1.4～1.6，将每次获得的新的切割电机移动距离An覆盖前一次的移动距离An-1，直到移动距离An的数值达到砂轮片磨损量的上限，设备停机并等待更换砂轮片。

2.如权利要求1所述的磨损自动补偿方法，其特征在于，还包括砂轮片更新后砂轮片移动距离自动复位的步骤，即更新砂轮片后，切割电机移动距离An回复到初始移动距离A1。

3.如权利要求1所述的磨损自动补偿方法，其特征在于，所述步骤1.1中，切割电机从原点位置按照设定好的初始移动距离A1快速移动到工件附近时，砂轮片外缘与圆柱杆件外缘的距离为1～10mm。

4.如权利要求1所述的磨损自动补偿方法，其特征在于，步骤1.2）及步骤1.5）中所述电流采集单元包括I/V转换模块及A/D转换模块，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，I/V转换模块采集切割电机电流值并将该电流值转换成0～10V的模拟电压值，该模拟电压值经A/D转换模块转换成数字电压值，PLC读取该数字电压值后与设定好的产生中断的数字电压值作比较，大于该值时，PLC程序中断。

5.如权利要求1所述的磨损自动补偿方法，其特征在于，步骤1.2）及步骤1.5）中所述电流采集单元包括I/I转换模块及A/D转换模块，当砂轮片碰到工件时，切割电机的电流变大，I/I转换模块采集切割电机电流值并将该电流值转换成4～20mA的模拟电流值，该模拟电流值经A/D转换模块转换成数字电流值，PLC读取该数字电流值后与设定好的产生中断的数字电流值作比较，大于该值时，PLC程序中断。

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