一种金刚石砂轮修整机协同精密加工的控制方法与流程

1.本发明涉及加工技术领域，特别地，涉及一种金刚石砂轮修整机协同精密加工的控制方法。


背景技术：

2.金刚石砂轮在高速高效磨削、精密超精密磨削、成形磨削等磨削过程中，砂轮与加工工件表面会发生相互作用，导致砂轮会随着磨削过程的进行而逐渐变钝，所以为了保证磨削质量和磨削精度，需要对砂轮进行定期修整。
3.为了实现高效精密超精密磨削，砂轮的修整既要保证砂轮成型面良好的尺寸轮廓形貌及精度，又要实现磨料和结合剂的微量去除，因此实现砂轮高效高精度修整成为亟待解决的问题，也是国内外学者广泛关注着重研究的重要方向。
4.目前，市面上存在一种通过电火花加工对砂轮进行修整的修整方法；电火花加工是一种在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法；电火花修整过程中，电火花放电脉冲重复放电，在砂轮表面形成相互重叠的放电凹坑，从而逐渐将砂轮修整成特定形状；由于在电火花修整过程中，砂轮与工具电极之间没有物理接触，能够避免接触式修整振颤现象的出现，从而在保证修整精度的同时也能保证砂轮磨粒完整性。
5.在金刚石砂轮的电火花修整过程中，如何对系统进行控制以改善系统稳定性、提高放电加工效率，是本发明研究的课题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种金刚石砂轮修整机协同精密加工的控制方法。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金刚石砂轮修整机协同精密加工的控制方法，该控制方法基于一修整机装置实现，所述修整机装置包括复杂可编程逻辑器、功率放大回路、放电加工回路、供电回路、间隙检测回路和伺服进给控制回路；所述放电加工回路包括石墨轮电极和砂轮工件，所述间隙检测回路检测该石墨轮电极和砂轮工件之间的间隙电压；所述伺服进给控制回路包括伺服控制单元和工件伺服轴；该控制方法包括以下步骤：步骤一、设置所述复杂可编程逻辑器的脉宽参数、脉间参数和电流控制参数，所述复杂可编程逻辑器根据该脉宽参数、脉间参数，并通过所述功率放大回路对所述放电加工回路输出一脉冲信号，根据该电流控制参数对所述供电回路输出一电流控制信号，所述放电加工回路根据该脉冲信号进行放电加工，所述供电回路根据该电流控制信号进行供电；设置所述伺服进给控制回路的各项参数，包括伺服反馈基准电压值、工件进给速度、工件进刀量、间隙电压采样频率、短路检测基准电压值和转速预设值；步骤二、控制所述工件伺服轴按所述工件进给速度开始进刀，并控制所述放电加
工回路按所述脉冲信号进行放电加工；控制所述间隙检测回路检测所述间隙电压，所述伺服控制单元中设有一间隙电压数据缓冲区，将每个采样周期获得的间隙电压数据存入该间隙电压数据缓冲区中，并取连续5次间隙电压数据的平均值作为间隙电压采样值；加工过程中，持续将所述间隙电压采样值与所述伺服反馈基准电压值、所述短路检测基准电压值进行比较；当所述间隙电压采样值小于或等于所述短路检测基准电压值时，触发短路判断，若判断发生短路，则停止所述放电加工回路工作，控制所述工件伺服轴退刀，并发出警报，其中退刀量为所述工件进给速度与一比例系数k1在数值上的乘积；当所述间隙电压采样值大于所述伺服反馈基准电压值时，控制所述工件伺服轴进刀；当所述间隙电压采样值大于所述短路检测基准电压值，且小于或等于所述伺服反馈基准电压值时，正常进行工作；加工过程中，所述伺服控制单元中设有一压差数据缓冲区，将所述伺服反馈基准电压值减去所述间隙电压采样值后得到的电压差值存入该压差数据缓冲区中；通过该电压差值确定所述工件伺服轴的旋转速度，当所述电压差值小于或等于零时，所述工件伺服轴的旋转速度为所述转速预设值，当所述电压差值大于零时，所述工件伺服轴的旋转速度与所述电压差值在数值上成反比，其比例系数为k2；加工过程中，通过所述电压差值确定所述工件伺服轴的实际进给速度，当所述电压差值小于或等于零时，将所述工件伺服轴的实际进给速度调整为所述工件进给速度的五十倍，当所述电压差值大于零时，所述工件伺服轴的实际进给速度与所述电压差值在数值上成反比，其比例系数为k3；步骤四、当所述工件伺服轴以实际进给速度行走的路程累计达到所述工件进刀量时，使所述工件伺服轴的实际进给速度为零，等待下一次进刀或退刀命令。
8.上述技术方案中的有关内容解释如下：1.上述方案中，所述伺服控制单元中设有短路标志位和短路时间累加器，上述步骤三中所述的短路判断包括如下步骤：当所述间隙电压采样值小于或等于所述短路检测基准电压值时，触发所述短路标志位置1，使所述短路时间累加器开始从零计数，其中该短路时间累加器每隔1us进行一次累加；当所述短路时间累加器中的短路累加数值小于或等于所述脉宽参数的一半时，判定为假短路，当所述短路累加数值大于所述脉宽参数的一半时，判定为短路；当所述间隙电压采样值大于所述短路检测基准电压值时，触发所述短路标志位置0，使所述短路时间累加器停止计数，同时触发所述短路时间累加器清零。
9.2.上述方案中，本控制方法控制所述修整机装置对所述砂轮工件依次进行粗加工、中加工和精加工。
10.3.上述方案中，在所述粗加工过程中，所述伺服反馈基准电压值为105v，所述工件进给速度为1mm/min，所述工件进刀量为5mm，所述间隙电压采样频率为500khz，所述短路检测基准电压值为5v，所述转速预设值为16r/min，所述比例系数k1为1，所述比例系数k2为
0.5，所述比例系数k3为0.5。
11.4.上述方案中，在所述中加工过程中，所述伺服反馈基准电压值为70v，所述工件进给速度为0.5mm/min，所述工件进刀量为5mm，所述间隙电压采样频率为500khz，所述短路检测基准电压值为3v，所述转速预设值为8r/min，所述比例系数k1为0.8，所述比例系数k2为0.2，所述比例系数k3为0.2。
12.5.上述方案中，在所述精加工过程中，所述伺服反馈基准电压值为45v，所述工件进给速度为0.2mm/min，所述工件进刀量为5mm，所述间隙电压采样频率为500khz，所述短路检测基准电压值为1.5v，所述转速预设值为1r/min，所述比例系数k1为0.5，所述比例系数k2为0.5，所述比例系数k3为0.5。
13.6.上述方案中，所述粗加工过程针对不同表面粗糙度的所述砂轮工件设有四个挡位，第一档位中所述脉宽参数设置为175us，所述脉间参数设置为50us，第二挡位中所述脉宽参数设置为150us，所述脉间参数设置为50us，第三挡位中所述脉宽参数设置为100us，所述脉间参数设置为50us，第四挡位中所述脉宽参数设置为80us，所述脉间参数设置为50us。
14.7.上述方案中，所述中加工过程针对不同表面粗糙度的所述砂轮工件设有三个挡位，第一档位中所述脉宽参数设置为70us，所述脉间参数设置为30us，第二挡位中所述脉宽参数设置为50us，所述脉间参数设置为30us，第三挡位中所述脉宽参数设置为30us，所述脉间参数设置为30us。
15.8.上述方案中，所述精加工过程针对不同表面粗糙度的所述砂轮工件设有三个挡位，第一档位中所述脉宽参数设置为20us，所述脉间参数设置为20us，第二挡位中所述脉宽参数设置为10us，所述脉间参数设置为10us，第三挡位中所述脉宽参数设置为5us，所述脉间参数设置为5us。
16.本发明的有益效果在于：本金刚石砂轮修整机协同精密加工的控制方法，通过检测石墨轮电极和砂轮工件之间的间隙电压得到间隙电压采样值，并将该间隙电压采样值与其他参数进行实时处理和比较，从而进行短路判断处理，以及对工件伺服轴的旋转速度和实际进给速度进行实时控制；其中短路判断中的延时处理方式使得修整机在加工过程中不会出现石墨轮电极和砂轮工件一接触就回退的现象，改善了工件伺服轴在加工过程中的不稳定及连续抖动现象；本控制方法由此改善了系统稳定性，提高了放电加工效率。
附图说明
17.附图1为本发明一个实施例的工作流程图；附图2为附图1所示实施例的结构框图；附图3为附图1所示实施例中功率放大回路的电路图；附图4为附图1所示实施例中间隙检测回路的电路图；附图5为附图1所示实施例中放电加工回路的工作原理图；附图6为附图1所示实施例中供电回路的电路图。
18.以上附图中：1.复杂可编程逻辑器；2.功率放大回路；3.放电加工回路；4.供电回路；5.间隙检测回路；6.伺服进给控制回路；7.单片微控制器；va.间隙电压采样值；vb.短路检测基准电压值；vc.伺服反馈基准电压值。
具体实施方式
19.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
20.本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。
21.关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。
22.关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。
23.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
24.关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案之描述上额外的引导。
25.关于本文中所使用的“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等，均为方向性用词，在本案中仅为说明各结构之间位置关系，并非用以限定本案保护范围及实际实施时的具体方向。
26.如图1至图6所示，提供一种一种金刚石砂轮修整机协同精密加工的控制方法，该控制方法基于一修整机装置实现，所述修整机装置包括复杂可编程逻辑器1、功率放大回路2、放电加工回路3、供电回路4、间隙检测回路5和伺服进给控制回路6。
27.其中，如图5所示，所述放电加工回路3包括石墨轮电极和砂轮工件；所述伺服进给控制回路6包括伺服控制单元和工件伺服轴；在加工过程中，所述伺服进给控制回路6通过所述工件伺服轴驱动所述砂轮工件进给及旋转；石墨轮作为工具电极阴极，金刚石砂轮作为被加工工件阳极，二者之间充斥有煤油，加工时通过二级之间脉冲电火花放电，对金刚石砂轮进行成形加工。
28.其中，所述功率放大回路2的电路图如图3所示，该功率放大回路2采用高精度低延迟的光耦合器及其辅助电路组成，图3中u14为型号tlp250的主芯片，该主芯片上有8个接口，其中接口2接电源输入端vc5，接口4接电阻r33，电阻r33另一端接输入信号端tr5，接口1和接口4为悬空，接口8接电源正极vd，接口6接g6，该g6输出放大信号，接口5接地gnd2，接口7为悬空；该功率放大回路2将复杂可编程逻辑器1输出的0至5v脉冲信号放大至0至15v后输出到放电加工回路3，进而实现电极与工件之间的放电加工。
29.其中，所述间隙检测回路5的电路图如图4所示，该间隙检测回路5为模拟量电压检测电路，检测范围为dc0v-10v，测量精度达到0.01v，所述e为正极，所述w为负极，所述e和w分别接电极和工件，且顺序可交换，输入电压首先通过in4007整流二极管整流，再通过r3、r4构成电阻分压，采样r4电阻两端电压；r4两端电压再经过由r5、z3构成的稳压电路，r6、c11构成的rc滤波电路后，再通过r7将电压控制转换成电流控制；hcnr200芯片的3、4脚为线性反馈补偿控制端，1、2脚为led光输出，通过q1、q2一对互补控制的放大三极管，能根据r7端的输入，总是尝试控制光电二极管pd1（3、4脚）的电压为0，即控制q1三极管集电极的电流
大小来控制q2三极管导通时集电极电流大小，从而控制led（1、2脚）的导通电流大小，使得led的光输出稳定并且线性化；pd2（5、6脚）为模拟输出，光电二极管pd2的输出由led的光输出决定，主要通过r10、d2、稳压，再通过r14、r15分压输出；而由q3、r11、r12、q4、r13构成的线性反馈补偿控制，通过q3、q4一对互补控制的三极管使得pd2输出根据led的光输出稳定并且线性化；该间隙检测回路5检测该石墨轮电极和砂轮工件之间的间隙电压。
30.其中，所述供电回路4的电路图如图6所示，图6中的fu3为三向熔断器，还包括u31、v31和w31三路电压输入，并由km1控制，所述u31、v31和w31三路电压分别接u3、v3和w3绕组线圈，三个绕组线圈经过变压器tm分压为两路，由km4和km5开关控制，分为三种情况，第一种：km4开，km5关；第二种：km4关，km5开；第三种km4和km5都开，根据粗精加工来选择，且km4和km5的输出端均与功率mos管连接；通过该供电回路4可以改变放电加工回路3的加工电压和加工电流。
31.本控制方法如图1所示，包括以下步骤：步骤一、设置所述复杂可编程逻辑器1的脉宽参数、脉间参数和电流控制参数，所述复杂可编程逻辑器1根据该脉宽参数、脉间参数，并通过所述功率放大回路2对所述放电加工回路3输出一脉冲信号，根据该电流控制参数对所述供电回路4输出一电流控制信号，所述放电加工回路3根据该脉冲信号进行放电加工，所述供电回路4根据该电流控制信号进行供电。
32.设置所述伺服进给控制回路6的各项参数，包括伺服反馈基准电压值vb、工件进给速度、工件进刀量、间隙电压采样频率、短路检测基准电压值vc和转速预设值。
33.本实施例中，操作人员通过一单片微控制器7向复杂可编程逻辑器1发送信号以进行各项参数的设置。
34.步骤二、控制所述工件伺服轴按所述工件进给速度开始进刀，并控制所述放电加工回路3按所述脉冲信号进行放电加工。
35.控制所述间隙检测回路5检测所述间隙电压，所述伺服控制单元中设有一间隙电压数据缓冲区，将每个采样周期获得的间隙电压数据存入该间隙电压数据缓冲区中，并取连续5次间隙电压数据的平均值作为间隙电压采样值va；其中所述采样周期由上述参数间隙电压采样频率而定。
36.步骤三、（1）加工过程中，持续将所述间隙电压采样值va与所述伺服反馈基准电压值vb、所述短路检测基准电压值vc进行比较。
37.当所述间隙电压采样值va小于或等于所述短路检测基准电压值vc时，触发短路判断，若判断发生短路，则停止所述放电加工回路3工作，控制所述工件伺服轴退刀，并发出警报，其中退刀量为所述工件进给速度与一比例系数k1在数值上的乘积。
38.值得注意的是，退刀量为所述工件进给速度与一比例系数k1在数值上的乘积，其计算过程仅与数值有关，单位不参与到该计算过程中，其中所述退刀量单位为mm，所述工件进给速度单位为mm/min。
39.当所述间隙电压采样值va大于所述伺服反馈基准电压值vb时，控制所述工件伺服轴进刀。
40.当所述间隙电压采样值va大于所述短路检测基准电压值vc，且小于或等于所述伺
服反馈基准电压值vb时，正常进行工作。
41.其中，所述伺服控制单元中设有短路标志位和短路时间累加器，当短路标志位置1时短路时间累加器进行计数，当短路标志位置0时短路时间累加器停止计数；步骤三中所述的短路判断包括如下步骤：当所述间隙电压采样值va小于或等于所述短路检测基准电压值vc时，触发所述短路标志位置1，使所述短路时间累加器开始从零计数，其中该短路时间累加器每隔1us进行一次累加；当所述短路时间累加器中的短路累加数值小于或等于所述脉宽参数的一半时（图1中的ton即指脉宽参数），判定为假短路，当所述短路累加数值大于所述脉宽参数的一半时，判定为短路；当所述间隙电压采样值va大于所述短路检测基准电压值vc时，触发所述短路标志位置0，使所述短路时间累加器停止计数，同时触发所述短路时间累加器清零。
42.本步骤中，通过短路判断中的延时处理方式使得修整机在加工过程中不会出现石墨轮电极和砂轮工件一接触就回退的现象，改善了工件伺服轴在加工过程中的不稳定及连续抖动现象，提高了系统稳定性和加工效率。
43.（2）加工过程中，所述伺服控制单元中设有一压差数据缓冲区，将所述伺服反馈基准电压值vb减去所述间隙电压采样值va后得到的电压差值存入该压差数据缓冲区中。
44.通过该电压差值确定所述工件伺服轴的旋转速度，当所述电压差值小于或等于零时，所述工件伺服轴的旋转速度为所述转速预设值，当所述电压差值大于零时，所述工件伺服轴的旋转速度与所述电压差值在数值上成反比，其比例系数为k2。
45.值得注意的是，所述工件伺服轴的旋转速度与所述电压差值在数值上成反比，其计算过程仅与数值有关，单位不参与到该计算过程中，其中所述旋转速度单位为r/min，所述电压差值单位为v。
46.本步骤在加工过程中对工件伺服轴的旋转速度进行实时控制，当石墨轮电极和砂轮工件距离较近时，间隙电压采样值va较小，电压差值较大，此时旋转速度较小，当石墨轮电极和砂轮工件距离较远时，间隙电压采样值va较大，电压差值较小，此时旋转速度较大；由此能够提高安全系数和加工效率，获得良好的加工效果。
47.（3）加工过程中，通过所述电压差值确定所述工件伺服轴的实际进给速度，当所述电压差值小于或等于零时，将所述工件伺服轴的实际进给速度调整为所述工件进给速度的五十倍，当所述电压差值大于零时，所述工件伺服轴的实际进给速度与所述电压差值在数值上成反比，其比例系数为k3。
48.值得注意的是，所述工件伺服轴的实际进给速度与所述电压差值在数值上成反比，其计算过程仅与数值有关，单位不参与到该计算过程中，其中所述实际进给速度单位为mm/min，所述电压差值单位为v。
49.其中，工件进给速度为加工前预设的理论值，而实际进给速度为实际加工时的实际值，二者存在区别；本步骤中随着外界情况实时调整实际进给速度，当石墨轮电极和砂轮工件距离较近时，间隙电压采样值va较小，电压差值较大，此时实际进给速度较小，当石墨轮电极和砂轮工件距离较远时，间隙电压采样值va较大，电压差值较小，此时实际进给速度较大；由此能够提高安全系数，减少短路现象的发生，提高加工效率，获得良好的加工效果。
50.值的注意的是，步骤三中的（1）、（2）、（3）在加工过程中同步进行，不存在先后次序关系。
51.步骤四、当所述工件伺服轴以实际进给速度行走的路程累计达到所述工件进刀量时，使所述工件伺服轴的实际进给速度为零，等待下一次进刀或退刀命令。
52.本金刚石砂轮修整机协同精密加工的控制方法，通过检测石墨轮电极和砂轮工件之间的间隙电压得到间隙电压采样值va，并将该间隙电压采样值va与其他参数进行实时处理和比较，从而进行短路判断处理，以及对工件伺服轴的旋转速度和实际进给速度进行实时控制，由此改善了系统稳定性，提高了放电加工效率。
53.在本实施例中，本控制方法控制所述修整机装置对所述砂轮工件依次进行粗加工、中加工和精加工，该三种加工模式通过输入不同参数进行区分，一次完整的加工即依次进行粗加工、中加工和精加工三轮对应输入参数下的上述步骤，由此实现良好的加工效果。
54.其中，粗加工时供电回路4提供110v加工电压、36a加工电流，中加工时供电回路4提供74v加工电压、24a加工电流，精加工时供电回路4提供50v加工电压、12a加工电流。
55.在所述粗加工过程中，所述伺服反馈基准电压值vb为105v，所述工件进给速度为1mm/min，所述工件进刀量为5mm，所述间隙电压采样频率为500khz，所述短路检测基准电压值vc为5v，所述转速预设值为16r/min，所述比例系数k1为1，所述比例系数k2为0.5，所述比例系数k3为0.5。
56.在所述中加工过程中，所述伺服反馈基准电压值vb为70v，所述工件进给速度为0.5mm/min，所述工件进刀量为5mm，所述间隙电压采样频率为500khz，所述短路检测基准电压值vc为3v，所述转速预设值为8r/min，所述比例系数k1为0.8，所述比例系数k2为0.2，所述比例系数k3为0.2。
57.在所述精加工过程中，所述伺服反馈基准电压值vb为45v，所述工件进给速度为0.2mm/min，所述工件进刀量为5mm，所述间隙电压采样频率为500khz，所述短路检测基准电压值vc为1.5v，所述转速预设值为1r/min，所述比例系数k1为0.5，所述比例系数k2为0.5，所述比例系数k3为0.5。
58.所述粗加工过程针对不同表面粗糙度的所述砂轮工件设有四个挡位，第一档位中所述脉宽参数设置为175us，所述脉间参数设置为50us，第二挡位中所述脉宽参数设置为150us，所述脉间参数设置为50us，第三挡位中所述脉宽参数设置为100us，所述脉间参数设置为50us，第四挡位中所述脉宽参数设置为80us，所述脉间参数设置为50us；其中，对表面最粗糙的砂轮工件采用第一档位，对表面最光滑的砂轮工件采用第四档位。
59.所述中加工过程针对不同表面粗糙度的所述砂轮工件设有三个挡位，第一档位中所述脉宽参数设置为70us，所述脉间参数设置为30us，第二挡位中所述脉宽参数设置为50us，所述脉间参数设置为30us，第三挡位中所述脉宽参数设置为30us，所述脉间参数设置为30us；其中，对表面最粗糙的砂轮工件采用第一档位，对表面最光滑的砂轮工件采用第三档位。
60.所述精加工过程针对不同表面粗糙度的所述砂轮工件设有三个挡位，第一档位中所述脉宽参数设置为20us，所述脉间参数设置为20us，第二挡位中所述脉宽参数设置为10us，所述脉间参数设置为10us，第三挡位中所述脉宽参数设置为5us，所述脉间参数设置为5us；其中，对表面最粗糙的砂轮工件采用第一档位，对表面最光滑的砂轮工件采用第三档位。
61.在加工过程中，上述挡位可以由使用者根据自身经验灵活进行选择。
62.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。