CN114952434B - 一种高良品率的机床打磨控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电数字数据处理技术领域，具体涉及一种高良品率的机床打磨控制方法，该方法是一种特别适用于特定功能的数字数据处理方法，具体是利用复杂数学运算的方法对铁片进行打磨，具体为：基于打磨铁片时的径向力、轴向力和打磨面积计算打磨难度，并根据打磨难度对铁片进行分类，进而获取各类别内目标铁片与样本铁片的关联程度，基于所述关联程度确定各类别铁片的加工裕量，进而计算机床打磨铁片所需的进给量，能够提高机床打磨铁片的精度。因此，本发明的方法通过对获取的工业信息和数据进行处理，可以用于工业信息和数据处理、工业生产大数据资源服务、工业数据集成服务等。

Description

一种高良品率的机床打磨控制方法

技术领域

本发明涉及电数字数据处理技术领域，具体涉及一种高良品率的机床打磨控制方法。

背景技术

随着品质需求的提升，越来越多的产品对光滑度、精度等有较高的要求。因此，产品成型后，多还需要经过一道打磨工序，以此来去掉产品表明的毛刺、凸起等缺陷。随着抛光自动化在工业应用中逐渐增多，铁片的打磨抛光也已成为自动化加工技术发展的重要环节，如何保证打磨质量，提高打磨效率成为现代产品加工过程中的一项重要内容。而现有的打磨方法并未针对各铁片的打磨难度做出具体的分析，不能够对具有各种打磨难度的铁片进行调整机床，使得打磨精度不够。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高良品率的机床打磨控制方法，所采用的技术方案具体如下：

分别获取机床打磨各铁片时砂轮对铁片的轴向力和径向力、以及打磨面积，并基于所述轴向力和径向力、以及打磨面积，计算各铁片打磨过程的打磨难度；

根据所述打磨难度对所有铁片进行分类，得到多个类别；获取机床打磨各铁片时的打磨负载，并根据打磨负载获取各类别的目标铁片；

获取一个具有最优打磨条件的样本铁片，计算目标铁片对应的打磨负载与所述样本铁片对应的打磨负载的差值，并计算目标铁片的打磨难度与样本铁片的打磨难度的差值，基于所述打磨负载的差值与打磨难度的差值，分别确定各类别内目标铁片与样本铁片的关联程度；

根据所述关联程度确定各类别内铁片的加工裕量；获取所有铁片的表面粗糙度，并根据各类别内铁片的表面粗糙度的标准差、以及加工裕量，计算各类别铁片进行打磨时的进给量，根据所述进给量利用机床对铁片进行打磨。

优选地，所述轴向力、径向力、以及打磨面积的获取方法具体为：获取工作时间段内每次进给后机床打磨铁片时的打磨面积、以及砂轮对铁片的轴向力和径向力。

优选地，所述打磨难度的获取方法具体为：

计算工作时间段内径向力的极差，计算工作时间段内打磨面积的均值，根据所述极差与均值的乘积得到铁片的等效打磨阻力；计算工作时间段内轴向力的方差，根据所述标准差与铁片的等效打磨阻力的乘积得到各铁片打磨过程的打磨难度。

优选地，所述目标铁片的获取方法具体为：

根据打磨负载分别对各类别内的铁片进行分级，得到第一负载等级铁片和第二负载等级铁片、第三负载等级铁片；获取各类别内第二负载等级铁片中打磨负载的众数对应的铁片，记为类别的目标铁片。

优选地，所述最优打磨条件的样本铁片具体为：获取打磨负载属于第二负载等级，且打磨难度在设定范围内的铁片，记为样本铁片。

优选地，所述加工裕量的获取方法具体为：

设定第一程度阈值和第二程度阈值，将关联程度大于第一程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第一类别分组；将关联程度大于第二程度阈值且小于第一程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第二类别分组；将关联程度小于第二程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第三类别分组；分别获取各类别分组内最小的关联程度的倒数作为各类别分组对应的加工裕量。

优选地，所述打磨负载为机床进行打磨工作时的负载。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

本发明涉及电数字数据处理技术领域，具体涉及一种高良品率的机床打磨控制方法，该方法是一种特别适用于特定功能的数字数据处理方法，具体是利用复杂数学运算的方法对铁片进行打磨。

本发明通过结合机床打磨铁片时的径向力和轴向力、打磨面积对铁片进行打磨时的打磨难度进行计算，并基于打磨难度对铁片进行分类。根据各类别内铁片的打磨负载确定目标铁片，并根据目标铁片的打磨难度以及打磨负载获取机床打磨铁片时的加工裕量，并根据加工裕量确定进给量。

本发明的方法减少了机床进行打磨作业时的工作量，提高了机床打磨铁片的精度。因此，本发明的方法通过对获取的工业信息和数据进行处理，可以用于工业信息和数据处理、工业生产大数据资源服务、工业数据集成服务等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的一种高良品率的机床打磨控制方法的方法流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种高良品率的机床打磨控制方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种高良品率的机床打磨控制方法的具体方案。

实施例：

本发明所针对的场景具体为：打磨对象为多个独立铁片，且每个铁片的表面均打磨平整，将各独立的铁片焊接而成的长条铁板，对该长条铁板的打磨过程进行分析，每个独立的铁片为一个打磨点。需要说明的是，在工业应用上，通常会将多个凹凸程度不同的铁片焊接在一起，组成更为实用的长条铁板。由于平整度高的铁板实用性更为广泛，所以通常会对焊接后的长条铁板统一打磨平整。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种高良品率的机床打磨控制方法的方法流程图，该方法包括以下步骤：

首先，分别获取机床打磨各铁片时砂轮对铁片的轴向力和径向力、以及打磨面积。

具体地，机床打磨铁片时，砂轮对铁片的轴向力就可以近似等效为砂轮对贴片的压力，则可直接利用压力传感器采集砂轮对铁片的轴向力，获取工作时间段内每次进给后砂轮对各铁片的轴向力。

同时，在打磨过程中，从打磨作业开始直至打磨作业结束，径向力会从开始较大逐渐减少直至消失，且径向力消失意味着当前的独立铁片已经打磨平整。则可利用传感器直接采集机床打磨铁片时砂轮对铁片的径向力，即获取工作时间段内每次进给后砂轮对各铁片的径向力。其中，打磨时砂轮对独立铁片的径向力是由曲率不同的铁片表面提供。曲率越大，意味着铁片表面凸起部分越高，砂轮对铁片的径向力大。

并利用UG/NX技术获取铁片的打磨面积，即对各铁片在每次进给有深度变化后，仿真模拟出各铁片在每次打磨完成后的面积，则可获取工作时间段内每次进给后各铁片的打磨面积。

需要说明的是，根据各独立的铁片的凹凸程度，机床上的砂轮也需要根据实际情况选择合适的进给速度，若进给速度过大，会由于下料过深导致压力过大，进而损坏机床的砂轮。在本实施例中进给速度不作为重点，故不再进行过多赘述。

接着，基于所述轴向力和径向力、以及打磨面积，计算各铁片打磨过程的打磨难度。

具体地，计算工作时间段内径向力的极差，计算工作时间段内打磨面积的均值，根据所述极差与均值的乘积得到铁片的等效打磨阻力；计算工作时间段内轴向力的方差，根据所述方差与铁片的等效打磨阻力的乘积得到各铁片打磨过程的打磨难度。

计算铁片的等效打磨阻力，用公式表示为：

其中，U_t表示铁片t的打磨难度，F_Rt表示打磨时砂轮对铁片t的径向力，Max(F_Rt)、Min(F_Rt)分别表示在所有次进给打磨时砂轮对铁片t的最大径向力和最小径向力，表示所有打磨铁片t时对应打磨面积的均值，/>为归一化手段。

Max(F_Rt)-Min(F_Rt)表示打磨过程中铁片t受到的径向力的极差，极差越大，说明正在进行打磨的铁片曲率越大，打磨作业难度越高，则砂轮受到的等效打磨阻力越大，反之越小。

打磨面积的均值越大，说明每次进给打磨时的打磨面积较大，相应对的砂轮所需的打磨速度和打磨时间较长，则进给率低，砂轮受到的等效打磨阻力大。打磨面积的均值越小，说明每次进给打磨时的打磨面积较小，相应对的砂轮所需的打磨速度和打磨时间较小，则进给率高，砂轮受到的等效打磨阻力小。

需要说明的是，对铁片进行打磨的过程中，最能够直观的体现出的差异就是铁片表面所需打磨位置的高度差、平整度等，这些因素都能够等效为铁片被打磨时砂轮受到的等效打磨阻力。分析等效打磨阻力能够得到所需打磨的铁片的表面性质。

计算铁片的打磨难度，用公式表示为：

其中，W_t表示铁片t的打磨难度，F_At表示打磨时砂轮对铁片t的轴向力，Max(F_At)、分别表示在所有次进给打磨时砂轮对铁片t的最大轴向力和轴向力均值，U_t表示铁片t被打磨时砂轮受到的等效打磨阻力，tanh函数为归一化手段。

Var(F_At)表示所有次打磨时砂轮对铁片t的轴向力的方差，方差的取值越大，说明铁片每次被打磨时所用的轴向力波动较大，可能每次都会发生改变，表示需要打磨位置表面情况较为复杂，打磨压强也会随之改变，进而导致铁片的打磨难度高。方差的取值越小，说明铁片每次被打磨时所用的轴向力波动较小，即每次使用的轴向力较为接近，故铁片的打磨难度低。

表示所有次打磨时砂轮对铁片t的最大轴向力和轴向力均值的差值，差值越大，说明在打磨铁片的过程中出现砂轮对铁片的轴向力突然增大的情况，因此要注意打磨时的轴向力的大小，以避免轴向力太大而导致砂轮崩裂，进而铁片的打磨难度高。差值越小，说明在打磨铁片的过程中没有出现轴向力突增的情况，每次打磨时砂轮对铁片的轴向力的大小较为均匀，进而铁片的打磨难度低。

将等效打磨阻力作为修正系数，表示铁片需要打磨的位置对与其所接触的砂轮的反抗。等效打磨阻力越大，说明砂轮与铁片的接触面积越大，即打磨面积越大，相应的打磨压强也大，故铁片的打磨难度高。等效打磨阻力越小，说明砂轮与铁片的接触面积越小，即打磨面积越小，相应的打磨压强小，故铁片的打磨难度低。

然后，根据所述打磨难度对所有铁片进行分类，得到多个类别；获取机床打磨各铁片时的打磨负载，并根据打磨负载获取各类别的目标铁片。

具体地，利用DBSCAN算法根据打磨难度对所有铁片进行分类，得到多个类别。其中领域参数为(ε,MinPts)，利用DBSCAN密度算法先找出各样本的ε-领域并确定核心对象集合：Ω＝{x₁,x₃,x₄,x₅,x₆,x₇,x₁₁,x₃₁,…}，然后从Ω中随机选取一个核心对象作为种子，找到它密度可达的所有样本，构成第一个聚类簇D1；假设核心对象x₄被选中作为种子，则DBSCAN生成的第一个聚类簇D1为D1＝{x₄,x₅,x₆,x₇,x₁₁,…}。然后，利用DBSCAN将D1中包含的核心对象从Ω中去除，然后从更新后的集合Ω＝{x₁,x₃,x₃₁,…}中，随机选取一个核心对象最为种子来生成下一个聚类簇，通过不断重复，直至Ω为空。

需要说明的是，DBSCAN密度算法为公知技术，在此不再过多赘述，同时，实施者也可根据实际情况选择其他合适的聚类算法对铁片进行分类。

按照上述方法，基于铁片产生的打磨难度数据将数据集中不同铁片聚类到不同簇中，得到多个类别，进而获取各个类别内不同铁片在打磨过程中砂轮打磨负载运行状态，并对各类别内铁片的打磨负载进行分析。

其中，打磨负载为机床工作负载，即机床进行打磨工作时的负载，可以通过打磨铁片时机床的显示参数直接获取。

需要说明的是，聚类的好处是能够将具有相似打磨难度的铁片聚类到一起，由各类别内不同铁片对应的各种打磨负载的数据确定最终合适的打磨负载数据，进而可根据不同打磨负载确定对应的机床调整参数，能够保证各类别都有高效且高质量的打磨。

根据打磨负载分别对各类别内的铁片进行分级，得到第一负载等级铁片和第二负载等级铁片、第三负载等级铁片。具体地，设定第一阈值与第二阈值，将各类别内打磨负载大于第一阈值的铁片记为第一负载等级铁片，将打磨负载小于第一阈值且大于第二阈值的铁片记为第二负载等级铁片，将打磨负载小于第二阈值的铁片记为第三负载等级的铁片。

其中，第一负载等级铁片对应的负载等级为第一等级，该等级内铁片的打磨负载较大，可能会由于使用较大的力而出现做功浪费的情况。第二负载等级铁片对应的负载等级为第二等级，该等级内铁片的打磨负载适中，对该等级内铁片进行打磨作业时不容易出现问题。第三负载等级铁片对应的负载等级为第三等级，改改等级内铁片的打磨负载较小，可能会由于使用较小的力而出现打磨不完全的情况。

分别获取各类别内第二负载等级铁片中打磨负载的众数对应的铁片，记为该类别的目标铁片。其中，基于打磨难度进行聚类后，得到多个类别，同一类别内的铁片的打磨难度相似，由于铁片的打磨难度是基于径向力和轴向力获取的，则同一类别内的铁片进行打磨时所需要的力的大小可能也是相似的。但是具体相似的打磨难度的铁片之间也可能存在较大的或者较小的打磨负载。针对同一类别内，具体相似的打磨难度的铁片，若是使用较大的力对具有较大的打磨负载的铁片进行打磨，可能会出现做功浪费的问题；若是使用较小的力对具有较小的打磨负载的铁片进行打磨，可能会导致铁片打磨不完全。因此需获取各类别内，打磨负载正常的铁片作为该类别的目标铁片，并进行后续的计算。

需要说明的是，在本实施例中采用阈值分割的方法对铁片的打磨负载进行分级，实施者可根据实际情况选择其他较为合适的方法进行分级操作，在本实施例中选择打磨负载的众数对应的铁片作为各类别中具有代表性的铁片，实施者可根据实际情况选择其他方法获取各类别中具体代表性的铁片，记为目标铁片。

进一步的，获取一个具有最优打磨条件的样本铁片，计算目标铁片对应的打磨负载与所述样本铁片对应的打磨负载的差值，并计算目标铁片的打磨难度与样本铁片的打磨难度的差值，基于所述打磨负载的差值与打磨难度的差值，分别确定各类别内目标铁片与样本铁片的关联程度。

具体地，获取打磨负载属于第二负载等级，且打磨难度在设定范围内的铁片，记为样本铁片。其中，所述设定范围的具体数值实施者可根据实际情况进行设定，使获取的样本铁片的打磨难度尽可能小为最佳。

计算目标铁片与样本铁片的关联程度，用公式表示为：

其中，R(A,X)表示目标铁片X与样本铁片A的关联程度，W_A、Q_A分别表示目标铁片X的打磨难度与打磨负载，W_X、Q_X分别表示样本铁片A的打磨难度与打磨负载，tanh函数与指数为归一化手段。

|W_A-W_X|表示样本铁片A的打磨难度与目标铁片X的打磨难度的绝对差值，该值越大，表示目标铁片的打磨难度与样本铁片的打磨难度之间的差异越大，说明目标铁片的打磨难度越大，意味着对目标铁片进行打磨时砂轮越容易受损，则关联程度的取值越小；该值越小，说明目标铁片的打磨难度越小，意味着对目标铁片进行打磨时砂轮的工作情况较好，则关联程度的取值越大。

|Q_A-Q_X|表示样本铁片A的打磨负载与目标铁片X的打磨负载的绝对差值，该值越大，表示目标铁片的打磨负载与样本铁片的打磨负载之间的差异越大，说明该目标铁片对应的类别内的铁片表面平整度较差，砂轮工作环境较差，所需打磨的量多，砂轮所受的摩擦阻力大，故所需的打磨负载大，即该值越大，关联程度取值越小，该值越小，关联程度取值越大。

最后，根据所述关联程度确定各类别内铁片的加工裕量；获取所有铁片的表面粗糙度，并根据各类别内铁片的表面粗糙度的标准差、以及加工裕量，计算各类别铁片进行打磨时的进给量，根据所述进给量利用机床对铁片进行打磨。

具体地，设定第一程度阈值和第二程度阈值，在本实施例中第一程度阈值的取值为0.7，第二程度阈值的取值为0.4。将关联程度大于第一程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第一类别分组，该类别分组内的铁片所需较小的加工裕量。将关联程度大于第二程度阈值且小于第一程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第二类别分组，该类别分组内的铁片所需较为适中的加工裕量。将关联程度小于第二程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第三类别分组，该类别分组内的铁片所需较大的加工裕量。

需要说明的是，由于本实施例中选取的样本铁片的打磨难度较低，且打磨负载适中。若目标铁片与样本铁片的关联程度越大，表示两者之间的打磨难度与打磨负载的相似度越大，说明该目标铁片的打磨难度也是较低，且打磨负载适中，则该目标铁片所需要打磨的程度越低，说明该目标铁片的加工裕量越小。

若目标铁片与样本铁片的关联程度越小，表示两者之间的打磨难度与打磨负载的相似度越小，说明该目标铁片的打磨难度较高，则该目标铁片所需要打磨的程度越高，说明该目标铁片的加工裕量越大。故按照关联程度的取值对各类别铁片进行分组，

在本实施例中，分别获取第一类别分组内、第二类别分组内和第三类别分组内最小的关联程度的倒数作为该类别分组对应的加工裕量，实施者可根据实际情况进行获取。

在铁片每次打磨后，铁片表面的粗糙度Ra会在Ra0～Rae之间，其中Ra0为铁片初始表面粗糙度，Rae为使用的打磨工具能够得到的铁片表面粗糙度的极限值。故可以利用表面粗糙度测量仪直接获取每次进给后铁片表面的粗糙度。其中，表面粗糙度测量仪是评定零件表面质量的台式粗糙度仪器，可对多种零件表面的粗糙度进行测量，包括平面、斜面、外圆柱面、内孔表面、深槽表面以及轴承滚道等，实现了表面粗糙度的多功能精密测量。

基于铁片表面的粗糙度和加工裕量，计算进给量，用公式表示为：

Z＝e^-STD(Ra)*D_need

其中，Z表示铁片所需的进给量，STD(Ra)表示铁片在每次进给后表面粗糙度的标准差，D_need表示该铁片对应的类别分组的加工裕量。

铁片每次进给后表面粗糙度的标准差越大，说明铁片所需要打磨的位置的平整度相差较大，砂轮在打磨过程中会受到较大的阻力，则为了保护砂轮不受损害，需要减小进给量。铁片每次进给后表面粗糙度的标准差越小，说明铁片所需打磨的位置的平整情况越相似，可以保持进给量不变或者加大进给量。

对于铁片来说，对应的加工裕量越大，说明该铁片所允许的加工误差越大，则可以增大机器的进给量；加工裕量越小，所允许的加工误差越小，要求的精度越高，则需要减小机器的进给量，以保证打磨作业的精度。

按照上述方法计算机床打磨各铁片时的进给量，根据所述进给量对机床做出相应的调整，能够使在不同条件下的铁片都能够精准高效的进行打磨，以保证成品率和时效性较高。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高良品率的机床打磨控制方法，其特征在于，该方法包括：

分别获取机床打磨各铁片时砂轮对铁片的轴向力和径向力、以及打磨面积，并基于所述轴向力和径向力、以及打磨面积，计算各铁片打磨过程的打磨难度；

所述打磨难度的获取方法具体为：

计算工作时间段内径向力的极差，计算工作时间段内打磨面积的均值，根据所述极差与均值的乘积得到铁片的等效打磨阻力；计算工作时间段内轴向力的方差，根据所述方差与铁片的等效打磨阻力的乘积得到各铁片打磨过程的打磨难度；

根据所述打磨难度对所有铁片进行分类，得到多个类别；获取机床打磨各铁片时的打磨负载，并根据打磨负载获取各类别的目标铁片；

获取一个具有最优打磨条件的样本铁片，计算目标铁片对应的打磨负载与所述样本铁片对应的打磨负载的差值，并计算目标铁片的打磨难度与样本铁片的打磨难度的差值，基于所述打磨负载的差值与打磨难度的差值，分别确定各类别内目标铁片与样本铁片的关联程度；

根据所述关联程度确定各类别内铁片的加工裕量；获取所有铁片的表面粗糙度，并根据各类别内铁片的表面粗糙度的标准差、以及加工裕量，计算各类别铁片进行打磨时的进给量，根据所述进给量利用机床对铁片进行打磨。

2.根据权利要求1所述的一种高良品率的机床打磨控制方法，其特征在于，所述轴向力、径向力、以及打磨面积的获取方法具体为：

获取工作时间段内每次进给后机床打磨铁片时的打磨面积、以及砂轮对铁片的轴向力和径向力。

3.根据权利要求1所述的一种高良品率的机床打磨控制方法，其特征在于，所述目标铁片的获取方法具体为：

根据打磨负载分别对各类别内的铁片进行分级，得到第一负载等级铁片和第二负载等级铁片、第三负载等级铁片；获取各类别内第二负载等级铁片中打磨负载的众数对应的铁片，记为类别的目标铁片。

4.根据权利要求1所述的一种高良品率的机床打磨控制方法，其特征在于，所述最优打磨条件的样本铁片具体为：获取打磨负载属于第二负载等级，且打磨难度在设定范围内的铁片，记为样本铁片。

5.根据权利要求1所述的一种高良品率的机床打磨控制方法，其特征在于，所述加工裕量的获取方法具体为：

设定第一程度阈值和第二程度阈值，将关联程度大于第一程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第一类别分组；将关联程度大于第二程度阈值且小于第一程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第二类别分组；将关联程度小于第二程度阈值的目标铁片对应的各类别记为第三类别分组；分别获取各类别分组内最小的关联程度的倒数作为各类别分组对应的加工裕量。

6.根据权利要求1所述的一种高良品率的机床打磨控制方法，其特征在于，所述打磨负载为机床进行打磨工作时的负载。