CN110000668A - 一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于砂带磨削相关技术领域，其公开了一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，该系统包括测量组件、微处理模块及执行模块，测量组件包括测头，工作时，将刀具替换为测头，测头按照精加工的刀具路径进行行走并打点，由此获得工件表面的实际点位坐标；微处理模块用于根据来自测量组件的实际点位坐标进行拟合以得到拟合工件曲面，并将拟合工件曲面与预存的理想工件曲面进行比对以得到误差，继而计算得到刀触点及刀触点对应的磨削压力值依次进行配对存储、处理及编程以得到G代码文件；执行模块用于根据来自微处理模块的G代码文件进行运行，以自适应调节磨削压力。本发明提高了精度，降低了报废率，适用性较强。

Description

一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统

技术领域

本发明属于砂带磨削相关技术领域，更具体地，涉及一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统。

背景技术

随着科学技术的发展，制造业在企业工艺推进、工业升级上做出了较大变革，期望达到的加工质量水平与落后的机械设备、装置机构及控制系统之间产生的矛盾推进着工艺装备的发展。其中，磨削与抛光是工艺链中的一环，直接影响着产品加工的表面质量，且加工生产过程中的多个产品需要采用磨削抛光的工序。在磨削的工艺中，砂带磨削技术是一种切削加工技术，借助于张紧机构使砂带绷紧在接触轮上，利用驱动轮使砂带高速运动，施加一定的压力使砂带与工件表面产生相对摩擦，最后进行磨削或者抛光。传统的手工磨削、抛光依赖于实际操作人员的技术水平，容易造成较大的误差甚至可能废件，而砂带磨削具有磨削效率高、磨削温度低、加工表面质量高、磨削效果好等特点，已经成为现代工业制造中不可或缺的加工制造方法。随着砂带磨削技术的快速发展，砂带磨削技术在加工制造领域的作用愈发重要，且应用更加广泛。

目前的砂带磨削在某些情境下存在较大的缺陷，对于前道工序存在的加工误差，采用恒压力的砂带磨削很大可能造成欠加工与过加工的问题；其次，对于复杂的自由曲面而言，由于曲面表面形态复杂，采用传统的砂带磨削可能磨削掉曲面该有的特征，甚至可能导致零件报废，在实际的加工过程中，磨削参数值的设定也同样依赖于操作人员经验，未能有统一的规范标准。因此，亟需发明一种可以根据曲面形状、工艺要求而可自适应调整磨削压力的砂带磨削系统。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其基于现有砂带磨削的特点，为了提高磨削精度，降低零件报废率，研究及设计了一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统。所述砂带磨削系统通过在线测量得到加工工件的实际形状，根据实际形状与理想形状自动计算出误差，继而根据误差来自动调节磨削压力的大小，以提高加工的精度，减小工件报废率。此外，所述砂带磨削系统还可以根据实际加工需求人为地进行磨削压力的变化范围设定，增加了人机交互功能，满足了实际加工的需求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，所述砂带磨削系统包括测量组件、微处理模块及执行模块，其中：

所述测量组件包括测头，工作时，将刀具替换为所述测头，所述测头按照精加工的刀具路径进行行走并打点，由此获得工件表面的实际点位坐标，所述测量组件将在线测量得到的所述实际点位坐标传输给所述微处理模块；

所述微处理模块用于根据接收到的实际点位坐标进行拟合以得到拟合工件曲面，并将所述拟合工件曲面与预存的理想工件曲面进行比对以得到误差，继而计算得到刀触点及刀触点对应的磨削压力值依次进行配对存储、处理及编程以得到G代码文件；

所述执行模块用于根据来自所述微处理模块的G代码文件进行运行，以自适应调节磨削压力，实现了变压力磨削。

进一步地，所述微处理模块包括计算机及CAM软件，所述计算机用于将来自所述测量组件的点位数据以数组的形式进行存储，并对存储后的点位数据通过NURBS曲面拟合方法拟合出工件表面的曲面方程，并将所述曲面方程传输给所述CAM软件。

进一步地，通过所述计算机能人为地根据磨削工件不同部位不同磨削加工要求进行磨削压力的设定。

进一步地，人为地通过所述计算机选取磨削工件的三维模型上的点，并手动设置该点对应的磨削压力值及该磨削压力值对应的作用半径。

进一步地，判断刀触点是否在人为设定的磨削压力值的作用范围内，若不在，则不考虑；若在，则计算该刀触点到对应的人为设定磨削压力对应的三维模型上点的距离，并以该距离的反比作为磨削压力的差值，继而将此时得到的差值添加到所述微处理模块计算得到的该刀触点对应的磨削压力值上。

进一步地，所述计算机通过各个刀触点沿着其刀轴矢量投影以得到拟合工件曲面上的点(x1，y1，z1)，并计算实际点位坐标(x，y，z)与点(x1，y1，z1)的距离，以此距离作为磨削余量而采用Preston方程计算出该刀触点对应的磨削压力值，进而将得到的磨削压力值与对应的刀触点进行配对存储。

进一步地，所述CAM软件依次用于进行所述执行模块的砂带路径编程及磨削压力值的编程，同时得到了各个刀触点及刀轴姿态。

进一步地，所述执行模块包括数控系统及伺服装置，所述数控系统用于接收并识别来自所述微处理模块的G代码文件，继而控制所述伺服装置进行动作。

进一步地，所述执行模块还包括执行机构，所述伺服装置用于控制机床各轴运动，并根据磨削压力的大小控制比例阀；其中，所述比例阀连接于所述执行机构，通过调节所述比例阀来调节磨削过程中的磨削压力值的大小，从而实现变压力磨削。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统主要具有以下有益效果：

1.所述测量组件将在线测量得到的所述实际点位坐标传输给所述微处理模块，所述微处理模块用于根据接收到的实际点位坐标进行拟合以得到拟合工件曲面，并将所述拟合工件曲面与预存的理想工件曲面进行比对以得到误差，继而计算得到刀触点及刀触点对应的磨削压力值依次进行配对存储、处理及编程以得到G代码文件；所述执行模块用于根据来自所述微处理模块的G代码文件进行运行，以自适应调节磨削压力，如此在误差较大的地方可加重压力，将多余的部分磨削掉，在误差较小的地方减轻压力，将铣刀纹磨去的同时并不损伤工件，满足了工件表面不同部位需要不同磨削压力的加工要求，提高磨削精度，降低了工件报废率，减少了成本。

2.通过所述计算机能人为地根据磨削工件不同部位不同磨削加工要求进行磨削压力的设定，如此增加了人机交互的功能，人为设置的点位附近，压力值会线性递增或者递减。因此可满足实际加工过程中的现场需求，适用性更高。

3.所述执行模块还包括执行机构，所述伺服装置用于控制机床各轴运动，并根据磨削压力的大小控制比例阀；其中，所述比例阀连接于所述执行机构，通过调节所述比例阀来调节磨削过程中的磨削压力值的大小，从而实现变压力磨削，调节简单，易于实施，适用性较强。

4.所述砂带磨削系统的结构简单，易于操作，且涉及的组件均容易得到，无需昂贵的仪器，即可实现自适应磨削压力调节。

附图说明

图1是本发明提供的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统的控制框图；

图2是图1中的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统涉及的执行模块的局部示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明提供的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，该砂带磨削系统主要包括测量组件、微处理模块及执行模块，所述测量组件用于在线测量当前工件表面的实际点位坐标，并将测量得到的实际点位坐标数据传输给所述微处理模块。所述微处理模块依据收到的所述实际点位坐标数据拟合出工件表面，并将得到的工件表面与预存的理想表面进行对比以得到误差，继而根据所述误差计算对应的磨削压力值，同时将刀触点及刀触点对应的磨削压力值依次进行存储、处理及编程，以得到G代码文件。所述执行模块依据接收到的来自所述微处理模块的G代码文件运行，由此自适应调节磨削压力，实现变压力磨削。

所述测量模块在整个机床大环境中，待工件装夹完毕后，首先进行在机测量路径编程，利用工件精加工的刀具路径通过编程计算出所述测量模块的测头的测量轨迹，将刀具转换为测头，以在线测量测头所在点的实际坐标值，并将测量到的实际坐标值传输给所述微处理模块。

本实施方式中，所述测头为雷尼绍RENISHAW测头中的RMP60触发式测头；所述测头装夹完毕后，启动加工，测量按照预定路径行走并打点，读取当前工件表面上的实际点位坐标(X,Y,Z)，然后将所述实际点位坐标(X,Y,Z)传输给所述微处理模块的计算机，如此将测量到的加工工件的点位信息传输给所述微处理模块。

所述微处理模块包括所述计算机及CAM软件，所述计算机将接受到的点位数据采用数组的形式存储起来，并对存储后的点位信息通过NURBS曲面拟合方法拟合出工件表面的曲面方程，并将拟合得到的曲面方程传输给所述CAM软件。

所述CAM软件用于进行砂带路径编程，同时得到了各个刀触点(x，y，z)及刀轴姿态(i，j，k)。继而，所述微处理模块会基于所述曲面方程、各个刀触点及对应的刀轴姿态进行磨削压力值的编程。本实施方式中，首先进行砂带刀路的编程，砂带刀路的编程为实际砂带磨削时需要的刀具路径，根据不同的零件类型以及加工方法，利用手工或自动编程方式，可编写出适用于该种零件的磨削刀路程序，砂带刀路编程完毕后将生成各个刀触点(x，y，z)及刀轴姿态(i，j，k)；其次，进行磨削压力值的编程，所述计算机在获得到加工工件的实际点位坐标后进行曲面拟合，并将得到的拟合曲面与实际需要加工的理想曲面进行比对，自动计算出误差值；同时依据所述误差值在刀位点附近计算出每个刀触点对应的的压力值，并进行编程以得到G代码文件。其中，以M加压力值大小进行识别。

此外，磨削压力还可以人为设定，对于非尺寸误差，如存在铣刀纹的厚度不均，压力值的设定也可根据磨削工件不同部位的不同加工要求进行人为设置，以达到对零件表面任意位置不同磨削压力的要求；具体为：设置一个点的坐标以及作用的半径，压力值在此半径周围线性递增或者递减，并在G代码后增加或减少M开头的代码。

具体地，自动计算的磨削压力值编程时，通过各个刀触点沿着其刀轴矢量投影以得到拟合曲面上的点(x1，y1，z1)，并计算实际点位坐标(x，y，z)与点(x1，y1，z1)的距离，将得到的该距离作为磨削余量而根据Preston方程计算出对应的磨削压力值，并将计算得到的该磨削压力值存储在对应的刀触点(x1，y1，z1)之后以进行配对存储。

此外，还可以人为地通过所述计算机选取三维模型上的某个点，并手动设置其对应的磨削压力值及该磨削压力值对应的作用半径，以此作用半径进行画圆，代表该磨削压力值的作用圆。其中，需要将人为设定的磨削压力值添加到之前的刀触点及对应的磨削压力值中。具体为：首先判断刀触点是否在人为设定的作用范围内，若不在此作用范围，则不用考虑；若在此作用范围，则计算该刀触点到对应的人为设定的三维实体模型上点的距离，并以该距离的反比作为磨削压力值的差值，继而将此差值添加到该刀触点对应的磨削压力值上，由此得到刀触点、刀轴矢量及每个刀触点对应的磨削压力值。

综上所述，所述微处理模块根据接收到的来自所述测量组件的点位信息，通过曲面拟合算法比对以得到误差及手动人为设置来对各个点位的压力进行编程，在各个刀触点后计算出每个刀触点对应的磨削压力值，并将刀触点及对应的磨削压力值配对后形成的G代码文件传输给所述执行模块。

所述执行模块包括数控系统、伺服装置及执行机构，所述数控系统用于接收并识别来自所述微处理模块的G代码文件，继而控制所述伺服装置进行运动。所述伺服装置控制机床各轴运动，并根据磨削压力的大小控制比例阀。其中，所述比例阀连接于所述执行机构，所述执行机构包括砂带等，通过调节所述比例阀来调节磨削过程中的磨削压力值的大小，从而实现变压力磨削。

本发明提供的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，所述砂带磨削系统通过在线测量的方式直接测量获得加工零件的表面尺寸，并通过与理想零件进行比对来获得误差，继而根据得到的误差自适应地调节磨削加工中的磨削压力，同时也可通过人工设定的方式来满足加工表面任意位置需要不同磨削压力的加工要求，实现了零件的精准力控磨削，有效地提高了零件的加工精度，降低了零件报废率，减小了成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：

所述砂带磨削系统包括测量组件、微处理模块及执行模块，其中：

所述测量组件包括测头，工作时，将刀具替换为所述测头，所述测头按照精加工的刀具路径进行行走并打点，由此获得工件表面的实际点位坐标，所述测量组件将在线测量得到的所述实际点位坐标传输给所述微处理模块；

所述微处理模块用于根据接收到的实际点位坐标进行拟合以得到拟合工件曲面，并将所述拟合工件曲面与预存的理想工件曲面进行比对以得到误差，继而计算得到刀触点及刀触点对应的磨削压力值依次进行配对存储、处理及编程以得到G代码文件；

所述执行模块用于根据来自所述微处理模块的G代码文件进行运行，以自适应调节磨削压力，实现了变压力磨削。

2.如权利要求1所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：所述微处理模块包括计算机及CAM软件，所述计算机用于将来自所述测量组件的点位数据以数组的形式进行存储，并对存储后的点位数据通过NURBS曲面拟合方法拟合出工件表面的曲面方程，并将所述曲面方程传输给所述CAM软件。

3.如权利要求2所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：通过所述计算机能人为地根据磨削工件不同部位不同磨削加工要求进行磨削压力的设定。

4.如权利要求3所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：人为地通过所述计算机选取磨削工件的三维模型上的点，并手动设置该点对应的磨削压力值及该磨削压力值对应的作用半径。

5.如权利要求4所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：判断刀触点是否在人为设定的磨削压力值的作用范围内，若不在，则不考虑；若在，则计算该刀触点到对应的人为设定磨削压力对应的三维模型上点的距离，并以该距离的反比作为磨削压力的差值，继而将此时得到的差值添加到所述微处理模块计算得到的该刀触点对应的磨削压力值上。

6.如权利要求2所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：所述计算机通过各个刀触点沿着其刀轴矢量投影以得到拟合工件曲面上的点(x1，y1，z1)，并计算实际点位坐标(x，y，z)与点(x1，y1，z1)的距离，以此距离作为磨削余量而采用Preston方程计算出该刀触点对应的磨削压力值，进而将得到的磨削压力值与对应的刀触点进行配对存储。

7.如权利要求2所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：所述CAM软件依次用于进行所述执行模块的砂带路径编程及磨削压力值的编程，同时得到了各个刀触点及刀轴姿态。

8.如权利要求1-7任一项所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：所述执行模块包括数控系统及伺服装置，所述数控系统用于接收并识别来自所述微处理模块的G代码文件，继而控制所述伺服装置进行动作。

9.如权利要求8所述的能自适应调节磨削压力的砂带磨削系统，其特征在于：所述执行模块还包括执行机构，所述伺服装置用于控制机床各轴运动，并根据磨削压力的大小控制比例阀；其中，所述比例阀连接于所述执行机构，通过调节所述比例阀来调节磨削过程中的磨削压力值的大小，从而实现变压力磨削。