基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制 系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CAD/CAM技術(shù)的快速發(fā)展，復(fù)雜形狀零件的加工方法逐漸倍受國(guó)內(nèi)外的關(guān) 注，尤其在航空航天、船舶、汽車和國(guó)防等領(lǐng)域中，許多核心零件都具有復(fù)雜的曲面。由于復(fù) 雜曲面不能由初等解析曲面組成，因此復(fù)雜形狀零件的復(fù)雜曲面的高效和高質(zhì)量加工一直 是國(guó)內(nèi)外制造領(lǐng)域中的難題。
[0003] 砂帶磨削技術(shù)是利用砂帶，按照待加工工件的要求，在一定的機(jī)械裝置上，以相應(yīng) 的接觸方式，并在一定的壓力作用下，使高速運(yùn)轉(zhuǎn)著的砂帶與工件表面接觸，將工件加工表 面的余量逐漸磨除或拋磨光滑的工藝。隨著砂帶磨削技術(shù)和裝置的快速發(fā)展，砂帶研磨機(jī) 床已經(jīng)發(fā)展為一種加工效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、使用成本低、操作安全方便的精加 工設(shè)備。特別是對(duì)于加工如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等具有復(fù)雜曲面的薄壁結(jié)構(gòu)件，小尺寸的復(fù)雜 型面、面間接合部位的研磨加工，其優(yōu)勢(shì)尤為明顯。
[0004] 目前國(guó)內(nèi)復(fù)雜曲面的砂帶研磨加工多為手工操作，該方法的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效 率低，產(chǎn)品的質(zhì)量沒有保障。為了實(shí)現(xiàn)砂帶磨削技術(shù)在復(fù)雜曲面加工的廣泛應(yīng)用，相關(guān)技術(shù) 研宄中心對(duì)精密砂帶研磨特性、曲軸連桿頸砂帶隨動(dòng)研磨、船用螺旋槳葉片和航空發(fā)動(dòng)機(jī) 葉片砂帶磨削做了相關(guān)研宄。此外，吉林大學(xué)對(duì)自由曲面砂帶研磨、葉片雙面砂帶磨削工藝 進(jìn)行了相關(guān)探索，華中科技大學(xué)也對(duì)輪轂復(fù)雜曲面砂帶磨削進(jìn)行了相關(guān)研宄。
[0005] 但是，上述研宄的成果尚未形成很好的砂帶研磨裝置以應(yīng)對(duì)以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片為 代表的復(fù)雜表面異形結(jié)構(gòu)工件的研磨加工，國(guó)內(nèi)也尚未應(yīng)用能加工此類工件的專用砂帶研 磨裝置，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片縱向磨削從而改善其疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能的需求還無法滿 足。從更大的范圍來看，對(duì)于一些特殊的零件，在加工時(shí)不能快速旋轉(zhuǎn)又不能用高速運(yùn)動(dòng)的 刀具進(jìn)行磨削時(shí)，現(xiàn)階段只能進(jìn)行低效率的手工打磨。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于阿 基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)和方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨 控制系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，包括：PCU控制器、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、第一伺 服電機(jī)、第二伺服電機(jī)，
[0008] P⑶控制器第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊信號(hào)輸入端，所述 PCU控制器第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊信號(hào)輸入端，所述第一電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊電機(jī)工作電信號(hào)輸出端連接第一伺服電機(jī)工作電源端，所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī) 工作電信號(hào)輸出端連接第二伺服電機(jī)工作電源端，所述第一伺服電機(jī)通過連接軸控制第一 砂帶輪，所述第二伺服電機(jī)通過連接軸控制第二砂帶輪，
[0009] 所述PCU控制器接收輸入設(shè)備輸入的初始數(shù)據(jù)，接收雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊反饋的反饋 數(shù)據(jù)，處理后生成伺服電機(jī)控制信號(hào)，將伺服電機(jī)控制信號(hào)發(fā)送給雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；
[0010] 所述伺服電機(jī)根據(jù)伺服電機(jī)控制信號(hào)，進(jìn)行一定頻率和轉(zhuǎn)速的交替正反轉(zhuǎn)；同時(shí)， 動(dòng)力通過連接軸傳遞給相對(duì)應(yīng)的卷輪，使卷輪進(jìn)行與對(duì)應(yīng)電機(jī)相同頻率和轉(zhuǎn)速的交替正反 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)收卷或放卷動(dòng)作。
[0011] 所述的基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)的控制方法，優(yōu)選的，包括：
[0012] S1，設(shè)置初始工作參數(shù)，P⑶控制器獲取所設(shè)置的初始工作參數(shù)，由rcu控制器判 斷所設(shè)置的初始工作參數(shù)是否符合砂帶研磨控制系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的閾值范圍，如果不符合預(yù)設(shè) 的閾值范圍，進(jìn)行報(bào)警；
[0013] S2,如果符合預(yù)設(shè)的閾值范圍，P⑶控制器發(fā)送信號(hào)給第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和第二電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)操作，所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)第一伺服電機(jī)進(jìn)行研磨操作，所述 第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)第二伺服電機(jī)進(jìn)行研磨操作，所述第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)方向相同，每一次PCU控制器進(jìn)行砂帶輪研磨過程中，對(duì)該次研磨過程中的參數(shù)進(jìn)行記 錄，獲取研磨參數(shù)數(shù)據(jù)庫；
[0014] S3,所述PCU控制器通過輸出控制信號(hào)，根據(jù)研磨參數(shù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息和控制 算法，控制所述第一伺服電機(jī)帶動(dòng)的第一砂帶輪和第二伺服電機(jī)帶動(dòng)的第二砂帶輪保持砂 帶線的速度相同。
[0015] 所述的基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)的控制方法，優(yōu)選的，所述S1包 括：
[0016] S1-1，預(yù)設(shè)如下初始數(shù)據(jù)，砂帶卷在第一砂帶輪上的初始纏繞半徑R6、第二砂帶輪 上的初始半徑R5、第一砂帶輪輪轂半徑R、單層砂帶厚度S、單次更新砂帶長(zhǎng)度和單次使用 砂帶長(zhǎng)度△L、單段砂帶往復(fù)研磨次數(shù)M和砂帶的線速度vs;
[0017] Sl-2,P⑶控制器對(duì)上述初始數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如超出所設(shè)置的加工參數(shù)閾值范圍， 則不開始工作并提示重新輸入?yún)?shù)或者報(bào)警；如果判斷所輸入的初始數(shù)據(jù)未超出所設(shè)置的 加工參數(shù)閾值范圍，則開始往復(fù)研磨加工動(dòng)作。
[0018] 所述的基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)的控制方法，優(yōu)選的，所述S2包 括：
[0019] 當(dāng)?shù)谝凰欧姍C(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的第一砂帶輪進(jìn)行放卷動(dòng)作；
[0020] 第二伺服電機(jī)以相同的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)的第二砂帶輪進(jìn)行收卷動(dòng)作；
[0021] 第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速由P⑶控制器輸出的控制信號(hào)命令控制。
[0022] 所述的基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)的控制方法，優(yōu)選的，所述S3包 括：
[0023] S3-1，第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪收卷時(shí)的轉(zhuǎn)速
[0024] 當(dāng)L# (i-1)AL變?yōu)閕?AL時(shí)，
[0026] . ^R+ae
[0027] 0u，」由下面式子確定，
[0029] 轉(zhuǎn)過的角度，
[0030] A 0山=0'以，廠0'u-u，
[0031] 0 'w和0 ' 由下列式子決定，
[0033] L' 1；i；J= i ? AL,
[0034] 式中，Q為第二砂帶輪上纏繞的砂帶長(zhǎng)度，其初始值為0,n 為在第i個(gè)往復(fù)研 磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨過程中第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪收卷時(shí)的轉(zhuǎn)速，vs為砂帶的線 速度，為在第i個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨過程中第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪 收卷時(shí)的半徑，9 是第二砂帶輪電機(jī)主軸在第i個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨過程中 第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪收卷時(shí)的總轉(zhuǎn)角，9 ' 是第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪完 成第i個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨中收卷過程時(shí)的總轉(zhuǎn)角，△ 9i^是第i個(gè)往復(fù)研 磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨過程中第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪收卷時(shí)轉(zhuǎn)過的相對(duì)角度，1^是 第二砂帶輪上纏繞的砂帶總長(zhǎng)度，L' 是第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪完成第i個(gè)往復(fù) 研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨中收卷過程時(shí)第二砂帶輪上纏繞的砂帶總長(zhǎng)度；
[0035] S3-2在研磨加工動(dòng)作中，i代表的是第i個(gè)砂帶往復(fù)磨削循環(huán)，0 <i<N;j代表 的是一個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)過程過程中第j次往復(fù)研磨，〇 <j<M，Q的初始值為0,其中N為 砂帶更新次數(shù)；
[0036] 根據(jù)上述計(jì)算出第二伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度，PCU控制器將第二伺服電機(jī) 的轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)換成位置信號(hào)。
[0037] 所述的基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)的控制方法，優(yōu)選的，所述S3還 包括：
[0038] S3-3,第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪放卷時(shí)的轉(zhuǎn)速，
[0039] 當(dāng) 1^由i?AL變?yōu)椋╥-1) ?AL時(shí)，
[0041] R2，i，j= R+a0 2，i，j，
[0042]02，i，j由下面式子確定，
[0044] 轉(zhuǎn)過的角度，
[0045] A 02i J=-A 0山，
[0046] 式中，n2^_為在第i個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨過程中第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第 二砂帶輪放卷時(shí)的轉(zhuǎn)速，為在第i個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨過程中第二伺服電 機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪放卷時(shí)的半徑，0 2^是第i個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨過程中第二 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪放卷時(shí)的轉(zhuǎn)角，A02&是第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二砂帶輪完成第i 個(gè)往復(fù)研磨循環(huán)第j次往復(fù)研磨中放卷過程時(shí)轉(zhuǎn)過的相對(duì)角度；
[0047] 根據(jù)上述式子計(jì)算出第二伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度，P⑶控制器將第二伺服 電機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)換成位置信號(hào)。
[0048] 所述的基于阿基米德螺旋線的砂帶研磨控制系統(tǒng)的控制方法，優(yōu)選的，所述S3還 包括：
[0049]S3-4,第一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一砂帶輪放卷時(shí)的轉(zhuǎn)速，
[0050]當(dāng)L3由L-(i-l) ?AL變?yōu)長(zhǎng)_i?AL時(shí)，
[0052] R3=R6+a03,
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