專利名稱：基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械磨削加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置。
背景技術(shù)：
磨床是實(shí)施磨削加工的主要工具。磨削加工是借助砂輪表面的大量磨粒切削刃去除材料的一種加工方法，作為一種獲得高精度、低粗糙度加工表面以及對(duì)高硬度表面進(jìn)行精加工的工藝方法，在機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域占有十分重要的地位。磨鈍后的砂輪，將影響被磨工件的表面質(zhì)量和幾何精度，因此，必須及時(shí)對(duì)磨鈍后的砂輪進(jìn)行修整和補(bǔ)償，才能保證零件的加工質(zhì)量。傳統(tǒng)的磨床砂輪修整，大多是通過人工檢驗(yàn)零件誤差，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷砂輪是否鈍化，如果鈍化則進(jìn)行人工修整、人工調(diào)整參數(shù)，因而無法實(shí)現(xiàn)修整自動(dòng)化。這種根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷砂輪是否鈍化的方法，判斷結(jié)果與工人個(gè)體有關(guān)、帶有主觀性，而且是事后(零件尺寸超差后)判斷、難以把握砂輪修整的最恰當(dāng)時(shí)機(jī)。要不采用定時(shí)修整方式在砂輪鈍化前提前修整，則縮短了砂輪使用壽命；要不就是在砂輪鈍化后，造成零件尺寸超差后才修整， 則加工廢品率高。為了把握砂輪修整的時(shí)機(jī)，現(xiàn)有的砂輪磨損狀態(tài)檢測(cè)方法可以分為靜態(tài)檢測(cè)與動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩種。靜態(tài)檢測(cè)主要有滾動(dòng)復(fù)印法和觸針法，這些方法的缺點(diǎn)是離線的、事后的檢測(cè)，因此不利于提高工作效率和保證產(chǎn)品合格率；動(dòng)態(tài)檢測(cè)主要有光截法、光點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量法、激光功率譜法、電鏡觀察法、光反射法和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)法等，這些方法的缺點(diǎn)是安裝調(diào)試?yán)щy、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)人員素質(zhì)要求高，因此還尚未用于生產(chǎn)加工。由于上述原因，目前磨床的砂輪修整基本沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置，它能夠減少磨削加工中的人為判斷因素，從而提高磨床磨削加工過程的自動(dòng)化程度，降低加工成本和廢品率。為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置，主要由修整工具、滑臺(tái)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、絲桿和數(shù)控系統(tǒng)組成；其中修整工具位于磨床砂輪頂部上方，修整工具安裝在滑臺(tái)上，滑臺(tái)經(jīng)由絲桿與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出端相連，步進(jìn)電機(jī)的輸入端與數(shù)控系統(tǒng)相連；上述數(shù)控系統(tǒng)包括控制中心、砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；其中控制中心內(nèi)設(shè)有信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊和電機(jī)控制模塊；砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路和磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路均連接在信號(hào)采集模塊上，信號(hào)采集模塊經(jīng)由信號(hào)處理模塊與砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊相連，砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊通過電機(jī)控制模塊連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。[0007]上述方案中，所述砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路和磨床電壓檢測(cè)電路中的傳感器均為霍爾傳感器；砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路中的傳感器為圓光柵，圓光柵與磨床電機(jī)同軸連接；磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路中的傳感器為光柵尺，光柵尺的運(yùn)動(dòng)部分和靜止部分分別固定在磨床工作臺(tái)和磨床床身上。上述方案中，所述修整工具為金剛鉆筆、金剛石筆、金剛石車刀、滾輪或星形刀片。上述方案中，所述滑臺(tái)為一維滑臺(tái)、二維滑臺(tái)或三維滑臺(tái)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能夠在線監(jiān)測(cè)砂輪磨損狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)砂輪自動(dòng)修整，減少磨削加工中的人為判斷因素，從而提高磨削加工過程的自動(dòng)化程度，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。

圖1為本實(shí)用新型一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整方法的流程圖；圖3為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置， 主要由修整工具、滑臺(tái)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、絲桿和數(shù)控系統(tǒng)組成。其中修整工具位于磨床砂輪頂部上方，修整工具安裝在滑臺(tái)上，滑臺(tái)經(jīng)由絲桿與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出端相連，步進(jìn)電機(jī)的輸入端與數(shù)控系統(tǒng)相連。上述數(shù)控系統(tǒng)包括控制中心、砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。其中控制中心內(nèi)設(shè)有信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊和電機(jī)控制模塊。砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路和磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路均連接在信號(hào)采集模塊上，信號(hào)采集模塊經(jīng)由信號(hào)處理模塊與砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊相連；砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊通過電機(jī)控制模塊連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。上述修整工具可以為金剛鉆筆、金剛石筆、金剛石車刀、滾輪或星形刀片；但在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述修整工具為金剛鉆筆。上述滑臺(tái)可以為一維滑臺(tái)、二維或三維滑臺(tái)。一維滑臺(tái)可以帶動(dòng)修整工具沿砂輪的徑向移動(dòng)；二維滑臺(tái)可以帶動(dòng)修整工具沿砂輪的徑向和軸向2個(gè)方向移動(dòng)；三維滑臺(tái)可以帶動(dòng)修整工具沿砂輪的徑向和軸向2個(gè)方向移動(dòng)，還可以繞ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)。砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路用于采集砂輪電機(jī)電流I。砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路用于采集砂輪電機(jī)電壓U。砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路用于采集砂輪轉(zhuǎn)速η。磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路用于采集待加工零件與砂輪的相對(duì)平移速度ν。上述砂輪電機(jī)電壓U、砂輪電機(jī)電流I、砂輪轉(zhuǎn)速η、待加工零件與砂輪的相對(duì)平移速度ν送入信號(hào)采集模塊中，信號(hào)采集模塊將上述各信號(hào)送入信號(hào)處理模塊處理后送至砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊，該砂輪磨損狀態(tài)檢測(cè)模塊應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理對(duì)砂輪磨損程度進(jìn)行判斷，在砂輪需要修整時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)，對(duì)砂輪進(jìn)行修整。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制中心為可編程邏輯控制模塊(PLC)，砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路和磨床電壓檢測(cè)電路中的傳感器均為霍爾傳感器；砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路中的傳感器為圓光柵，圓光柵與磨床電機(jī)同軸連接；磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路中的傳感器為光柵尺，光柵尺的運(yùn)動(dòng)部分和靜止部分分別固定在磨床工作臺(tái)和磨床床身上。上述修整裝置所采用的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整方法，如圖2所示，包括步驟如下(1)均勻磨削實(shí)驗(yàn)選取一批數(shù)量足夠多、并具有相同加工工藝參數(shù)的待加工零件，在相同工況下進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)，每磨削加工一次為一次實(shí)驗(yàn)；上述相同工況就是要保證待加工零件的磨削加工實(shí)驗(yàn)順序可以是任意的；各次磨削加工實(shí)驗(yàn)，除了砂輪鈍化系數(shù)d不一樣外，其余因素完全一樣。(1. 1)從砂輪剛修整即砂輪的鈍化系數(shù)d = 0開始，到砂輪即將磨鈍需要修整時(shí)的鈍化系數(shù)d = 1為止，進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)；設(shè)總共進(jìn)行了 b+Ι次實(shí)驗(yàn)，則對(duì)應(yīng)第一次實(shí)驗(yàn)的砂輪鈍化系數(shù)d = 0，第二次實(shí)驗(yàn)的砂輪鈍化系數(shù)d = Ι/b，第三次實(shí)驗(yàn)的砂輪鈍化系數(shù)d = 2/ b，以此類推，至最后一次即第b+Ι次的砂輪鈍化系數(shù)d = b/b = 1 ；與此同時(shí)，采集每次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)砂輪電機(jī)電壓U、砂輪電機(jī)電流I、砂輪轉(zhuǎn)速η、待加工零件與砂輪的相對(duì)平移速度ν 數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)完成后計(jì)算并保存對(duì)應(yīng)每次實(shí)驗(yàn)的砂輪鈍化系數(shù)d ；(1. 2)自砂輪的鈍化系數(shù)d從0到1的變化過程中，在上述(1. 1)步驟所得數(shù)據(jù)中均勻選取訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，每個(gè)訓(xùn)練樣本記為(U” IpI^vi),對(duì)應(yīng)的砂輪鈍化系數(shù)為Cli，其中i = 1、2、…、N，N為訓(xùn)練樣本數(shù)；按同樣的方法在上述(1. 1)步驟所得數(shù)據(jù)中另外選取 N個(gè)驗(yàn)證數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可信度；其中，訓(xùn)練樣本數(shù)N為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)的3 5倍。在本實(shí)施例中，取訓(xùn)練樣本數(shù)為20。從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，自d = 0 1變化過程中，均勻選取20個(gè)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，每個(gè)訓(xùn)練樣本記為恥、Iprvvi),對(duì)應(yīng)的砂輪鈍化系數(shù)為c^i = 1，2，…， 20 ；按同樣方法另外選取20個(gè)數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證所構(gòu)造的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可信度。所述砂輪電機(jī)電壓Ui和砂輪電機(jī)電流Ii均是按小波分析方法進(jìn)行采集和處理后得到的電壓和電流特征值數(shù)據(jù)。(1. 3)將上述(1. 2)步驟得到的訓(xùn)練樣本對(duì)記為(Xi, (Ii) (i = 1、2、…、N)，其中對(duì)應(yīng)任一輸入樣本向量& = (Xli, x2i, x3i, X4i) = (Ui, Ipni, Vi),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出為
期望輸出為di;(2)建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，用樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得出一個(gè)反映輸入輸出關(guān)系的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型；參見圖3 ；(2. 1)按以下要求構(gòu)造的一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型為三層的誤差反向傳播算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；(2. 1. 1)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)M的選取輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)M與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)相同，即M = 4 ；(2. 1. 2)隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)H的選取
權(quán)利要求1.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置，其特征是主要由修整工具、滑臺(tái)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、絲桿和數(shù)控系統(tǒng)組成；其中修整工具位于磨床砂輪頂部上方，修整工具安裝在滑臺(tái)上，滑臺(tái)經(jīng)由絲桿與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出端相連，步進(jìn)電機(jī)的輸入端與數(shù)控系統(tǒng)相連；上述數(shù)控系統(tǒng)包括控制中心、砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；其中控制中心內(nèi)設(shè)有信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊和電機(jī)控制模塊; 砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路和磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路均連接在信號(hào)采集模塊上，信號(hào)采集模塊經(jīng)由信號(hào)處理模塊與砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊相連，砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊通過電機(jī)控制模塊連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置，其特征是所述砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路和磨床電壓檢測(cè)電路中的傳感器均為霍爾傳感器；砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路中的傳感器為圓光柵，圓光柵與磨床電機(jī)同軸連接；磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路中的傳感器為光柵尺，光柵尺的運(yùn)動(dòng)部分和靜止部分分別固定在磨床工作臺(tái)和磨床床身上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置，其特征是所述修整工具為金剛鉆筆、金剛石筆、金剛石車刀、滾輪或星形刀片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置，其特征是所述滑臺(tái)為一維滑臺(tái)、二維滑臺(tái)或三維滑臺(tái)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨床砂輪自動(dòng)修整裝置，主要由修整工具、滑臺(tái)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、絲桿和數(shù)控系統(tǒng)組成。其中修整工具位于磨床砂輪頂部上方，修整工具安裝在滑臺(tái)上，滑臺(tái)經(jīng)由絲桿與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出端相連，步進(jìn)電機(jī)的輸入端與數(shù)控系統(tǒng)相連。數(shù)控系統(tǒng)的砂輪電機(jī)電流檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)電壓檢測(cè)電路、砂輪電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、磨床工作臺(tái)速度檢測(cè)電路均連接在信號(hào)采集模塊上，信號(hào)采集模塊經(jīng)由信號(hào)處理模塊與砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊相連，砂輪磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊通過電機(jī)控制模塊連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。本實(shí)用新型能夠減少磨削加工中的人為判斷因素，從而提高磨床磨削加工過程的自動(dòng)化程度，降低加工成本和廢品率。
文檔編號(hào)B24B53/06GK202264145SQ20112034376
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者何少佳, 李海標(biāo), 莫金海, 金典, 韋壽祺 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)