CN114952623A - 用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法，其包括：根据工件特性及周边预先设置好加工的力量大小；根据预先设置的力量大小，主动用工件以合适的力量贴近磨头；通过力传感器的反馈，实时将打磨力反馈直接引入驱动器进行位置控制，进行闭环控制所需计算；通过实时反馈的力进行计算以确定当前磨头与工件之间距离的补偿量；实时通过距离补偿，使得打磨力尽可能恒定。根据本发明的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法，通过结合实时反馈的打磨力对磨头的驱动电机进行主动控制，能够保障数控机床打磨的恒力控制及运动精度控制，使得能够实现更快且更精确的打磨操作。

Description

用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法
技术领域
本发明涉及数控机床的控制技术，尤其涉及一种用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法。
背景技术
在工业生产过程中，打磨是很常见的工序。目前大多数是靠人力打磨，费时费力，安全事故时有发生，使得打磨工作人员的工作环境相当恶劣。如今，使用数控机床进行自动化打磨逐渐成为趋势。
打磨是一道非常重要的工序，一旦打磨质量不满足要求，往往会导致整个工件的报废。打磨加工表面粗糙度好坏与数控机床的力量控制直接相关。为了使打磨的质量和效率达到最优，需要对打磨的力量有很好的控制。加工过程中必须控制打磨力的大小，对接触力进行反馈调节，从而能够主动适应环境的变化，满足生产加工中的要求。
在实际应用中由于机械误差及打磨振动的存在，打磨头不能很好的保持恒力，本发明通过将打磨力反馈直接引入驱动器电流环和位置控制，实现对打磨力实时快速的响应。
传统的打磨力控方式多数为以被动方式控制力量大小以寻求恒定的打磨力，但效果往往并不理想，存在打磨操作不够精确、调整不便、维护繁琐、生产效率低下等多方面的不足。
因此，亟需设计一种新的用于数控机床打磨操作的控制方法，以至少部分地缓解或解决现有技术存在的上述不足之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的数控机床打磨操作的控制方式存在打磨操作不够精确、调整不便、维护繁琐、生产效率低下等多方面的缺陷，提出一种新的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法，数控机床包括转台、转台电机、磨头以及丝杆装置，其中，待打磨工件放置于转台上，转台电机用于驱动转台转动以便带动待打磨工件转动，从而使得磨头对打磨工件执行打磨操作，丝杆装置被构造成能够受丝杆电机驱动而调整磨头相对于待打磨工件的相对位置以便调节打磨力的大小，其特点在于，数控机床还包括力传感器，力传感器被配置为能够检测磨头的实际打磨力，该控制方法包括以下步骤：
步骤一、根据待打磨工件的特性及周边，预先设置打磨加工的打磨力的大小；
步骤二、根据预先设置的打磨力的大小，主动将待打磨工件贴近磨头；
步骤三、获取力传感器反馈的实际打磨力的检测数据，并实时将检测数据输入控制器进行PID计算，控制器电连接至丝杆电机并用于控制丝杆电机；
步骤四、控制器将实时的实际打磨力作为反馈输入量对丝杆电机的操作进行闭环控制所需计算，其中，所述闭环控制所需计算包括由控制器基于实时的实际打磨力以及预先设置的打磨力计算得出磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量及使用PID算法控制补偿量的稳定性；
步骤五、基于所述实时补偿量，控制丝杆电机以调整磨头相对于待打磨工件的相对位置以调节实际打磨力的大小，从而使得实际打磨力的波动小于预定的打磨力变动限值。
根据本发明的一些实施方式，在步骤三中，实时将检测数据输入控制器包括：控制器通过串口协议获取实际打磨力的检测数据。
根据本发明的一些实施方式，控制器包括校验模块，步骤三还包括：
控制器利用校验模块基于预置的CRC校验算法验证实际打磨力的检测数据的完整性和可靠性。
根据本发明的一些实施方式，数控机床包括多个磨头以及对应的多个力传感器，控制器还包括解析模块以及多个数据通道；
其中，步骤三还包括：
控制器基于所述多个数据通道同时获取来自所述力传感器的所述多个磨头的多条实际打磨力的检测数据，并利用解析模块基于解析所述多条实际打磨力的检测数据。
根据本发明的一些实施方式，所述闭环控制所需计算包括由控制器以如下方式计算得出磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量：
将实时的实际打磨力三角投影于预先设置的打磨力上；
基于投影结果换算磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量。
根据本发明的一些实施方式，基于预先确定的投影结果和所述实时补偿量之间的对应关系换算得出所述实时补偿量。
根据本发明的一些实施方式，投影结果和所述实时补偿量之间的对应关系基于同一型号的数控机床的打磨操作记录或者试验预先确定。
根据本发明的一些实施方式，步骤五中，基于所述实时补偿量，控制丝杆电机以多步方式逐步调整磨头相对于待打磨工件的相对位置，以实现逐步补偿，以调节实际打磨力的大小。
根据本发明的一些实施方式，步骤五中，基于实际打磨力的大小，决定所述多步方式的步数，实际打磨力越大，则所述多步方式的步数越多。
根据本发明的一些实施方式，待打磨工件的特性包括材料种类、材料硬度、材料韧性、材料弹性中的一项或多项；
待打磨工件的周边包括待打磨工件的三维或沿预定平面的二维外形轮廓。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法，通过结合实时反馈的打磨力对磨头的驱动电机进行主动控制，能够保障数控机床打磨的恒力控制及运动精度控制，使得能够实现更快且更精确的打磨操作。
附图说明
图1为根据本发明的优选实施方式的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法适用的数控机床的结构示意图。
图2为根据本发明的优选实施方式的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法的流程图。
图3为根据本发明的优选实施方式的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法中涉及的控制器的闭环控制的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
下文对本发明的优选实施方式的控制方法进行的描述中涉及的数控机床，可参考图1所示。如图1所示，数控机床包括转台1、转台电机2、磨头以及丝杆装置，其中，待打磨工件放置于转台1上，转台电机2用于驱动转台1转动以便带动待打磨工件转动，从而使得磨头对待打磨工件执行打磨操作，丝杆装置被构造成能够受丝杆电机3驱动而调整磨头相对于待打磨工件的相对位置以便调节打磨力的大小。数控机床还包括力传感器，力传感器被配置为能够检测磨头的实际打磨力。可选地，如图1所示，丝杆装置还包括滑轨4，丝杆电机3能够沿着滑轨4而调节磨头的位置。
应理解的是，图1所示的结构仅为了便于理解，而并非旨在限制下文描述的控制方法仅适用于特定类型或结构的数控机床，实际上，下文描述的控制方法可适用于符合所附权利要求中所定义的各种类型的数控机床打磨机器。
参考图2所示，根据本发明优选实施方式的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法，可包括以下步骤：
步骤一、根据待打磨工件的特性及周边，预先设置打磨加工的打磨力的大小；
步骤二、根据预先设置的打磨力的大小，主动将待打磨工件贴近磨头；
步骤三、获取力传感器反馈的实际打磨力的检测数据，并实时将检测数据输入控制器，控制器电连接至丝杆电机并用于控制丝杆电机；
步骤四、控制器将实时的实际打磨力作为反馈输入量对丝杆电机的操作进行闭环控制所需计算，其中，所述闭环控制所需计算包括由控制器基于实时的实际打磨力以及预先设置的打磨力计算得出磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量及使用PID算法控制补偿量的稳定性；
步骤五、基于所述实时补偿量，控制丝杆电机以调整磨头相对于待打磨工件的相对位置以调节实际打磨力的大小，从而使得实际打磨力的波动小于预定的打磨力变动限值。
进一步参考图1所示，在图1例示的设备中包括两个丝杆装置作为调节Y向力的执行装置，在转台1上面放置要打磨的工件，其与C轴相连，加工时C轴一边旋转一边与A轴下放置的磨头进行打磨操作。其中Y方向的丝杆装置由丝杆电机3和滑轨4组成，通过力控执行机构中Y方向的丝杆装置去实时调节力的大小。
转台1上面放置要打磨的工件，其与C轴相连，加工时C轴一边旋转一边与A轴下放置的磨头进行打磨操作。如上所述的装置可例如安装在机床的负载平台上，这样在编程时可通过XYZAC五轴的联动来确定工件的打磨轨迹，而通过力控执行机构中Y方向的丝杆装置可实时调节打磨力的大小。为了提高生产效率，在一些例子中，可在一台机床上安装5台力控执行机构，5个机构同时执行同样的加工程序，但力的控制却能以机构为单位单独进行，从而满足因工件表面不一致，磨头损耗等外部条件不同对力控实时调整的要求。这样的对多个磨头的打磨操作进行同时控制所适用的优选控制方法将在下文进行描述。
根据本发明的进一步优选的实施方式，在步骤三中，实时将检测数据输入控制器包括：控制器通过串口协议获取实际打磨力的检测数据。
根据本发明的进一步优选的实施方式，控制器包括校验模块，步骤三还包括：
控制器利用校验模块基于预置的CRC校验算法验证实际打磨力的检测数据的完整性和可靠性。
根据本发明的进一步优选的实施方式，数控机床包括多个磨头以及对应的多个力传感器，控制器还包括解析模块以及多个数据通道；
其中，步骤三还包括：
控制器基于所述多个数据通道同时获取来自所述力传感器的所述多个磨头的多条实际打磨力的检测数据，并利用解析模块基于解析所述多条实际打磨力的检测数据。
根据本发明的进一步优选的实施方式，所述闭环控制所需计算包括由控制器以如下方式计算得出磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量：
将实时的实际打磨力三角投影于预先设置的打磨力上；
基于投影结果换算磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量。
根据本发明的进一步优选的实施方式，基于预先确定的投影结果和所述实时补偿量之间的对应关系换算得出所述实时补偿量。
根据本发明的进一步优选的实施方式，投影结果和所述实时补偿量之间的对应关系基于同一型号的数控机床的打磨操作记录或者试验预先确定。
根据本发明的进一步优选的实施方式，步骤五中，基于所述实时补偿量，控制丝杆电机以多步方式逐步调整磨头相对于待打磨工件的相对位置，以实现逐步补偿，以调节实际打磨力的大小。
根据本发明的进一步优选的实施方式，步骤五中，基于实际打磨力的大小，决定所述多步方式的步数，实际打磨力越大，则所述多步方式的步数越多。
基于上述的进一步优选的实施方式，举例来说，整个系统可例如从编程路径中的U轴得到指令力，同时从传感器得到Y轴的实际打磨力的大小。为了实现给定力方向下的控制，例如A轴方向的恒力控制，则相关操作可控制可均包括将实际打磨力沿A轴方向取模，并在给定力的方向上做投影作为实际的力在给定力方向上的大小，再基于上位机的给定力与该值进行PID运算得到Y轴方向上的距离补偿量。
该补偿量可通过弹性形变计算进行计算，从而以非线性关系进行实际的距离补偿，再通过PID控制指令提供实际的补偿稳定性及精度。如上所述，优选地，可基于不同的力的大小去选择对应的PID多段控制，这种多段PID控制的灵活计算和执行，可最大程度上保证打磨加工的稳定，避免引起机床振动、甚至导致损坏工件或机床设备的情况发生。
在根据本发明的上述优选实施方式中，进一步优选地，待打磨工件的特性包括材料种类、材料硬度、材料韧性、材料弹性中的一项或多项，而待打磨工件的周边包括待打磨工件的三维或沿预定平面的二维外形轮廓。
根据本发明上述优选实施方式的用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法，通过结合实时反馈的打磨力对磨头的驱动电机进行主动控制，能够保障数控机床打磨的恒力控制及运动精度控制，使得能够实现更快且更精确的打磨操作。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于主动控制打磨力的数控机床打磨操作的控制方法，数控机床包括转台、转台电机、磨头以及丝杆装置，其中，待打磨工件放置于转台上，转台电机用于驱动转台转动以便带动待打磨工件转动，从而使得磨头对待打磨工件执行打磨操作，丝杆装置被构造成能够受丝杆电机驱动而调整磨头相对于待打磨工件的相对位置以便调节打磨力的大小，其特征在于，数控机床还包括力传感器，力传感器被配置为能够检测磨头的实际打磨力，该控制方法包括以下步骤：
步骤一、根据待打磨工件的特性及周边，预先设置打磨加工的打磨力的大小；
步骤二、根据预先设置的打磨力的大小，主动将待打磨工件贴近磨头；
步骤三、获取力传感器反馈的实际打磨力的检测数据，并实时将检测数据输入控制器，控制器电连接至丝杆电机并用于控制丝杆电机；
步骤四、控制器将实时的实际打磨力作为反馈输入量对丝杆电机的操作进行闭环控制所需计算，其中，所述闭环控制所需计算包括由控制器基于实时的实际打磨力以及预先设置的打磨力计算得出磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量及使用PID算法控制实时补偿量的稳定性；
步骤五、基于所述实时补偿量，控制丝杆电机以调整磨头相对于待打磨工件的相对位置以调节实际打磨力的大小，从而使得实际打磨力的波动小于预定的打磨力变动限值。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤三中，实时将检测数据输入控制器包括：控制器通过串口协议获取实际打磨力的检测数据。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，控制器包括校验模块，步骤三还包括：
控制器利用校验模块基于预置的CRC校验算法验证实际打磨力的检测数据的完整性和可靠性。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，数控机床包括多个磨头以及对应的多个力传感器，控制器还包括解析模块以及多个数据通道；
其中，步骤三还包括：
控制器基于所述多个数据通道同时获取来自所述力传感器的所述多个磨头的多条实际打磨力的检测数据，并利用解析模块基于解析所述多条实际打磨力的检测数据。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述闭环控制所需计算包括由控制器以如下方式计算得出磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量：
将实时的实际打磨力三角投影于预先设置的打磨力上；
基于投影结果换算磨头与待打磨工件之间的距离的实时补偿量。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，基于预先确定的投影结果和所述实时补偿量之间的对应关系换算得出所述实时补偿量。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，投影结果和所述实时补偿量之间的对应关系基于同一型号的数控机床的打磨操作记录或者试验预先确定。
8.如权利要求1-7中任一项所述的控制方法，其特征在于，步骤五中，基于所述实时补偿量，控制丝杆电机以多步方式逐步调整磨头相对于待打磨工件的相对位置，以实现逐步补偿，以调节实际打磨力的大小。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，步骤五中，基于实际打磨力的大小，决定所述多步方式的步数，实际打磨力越大，则所述多步方式的步数越多。
10.如权利要求1-7中任一项所述的控制方法，其特征在于，待打磨工件的特性包括材料种类、材料硬度、材料韧性、材料弹性中的一项或多项；
待打磨工件的周边包括待打磨工件的三维或沿预定平面的二维外形轮廓。
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