CN102806513B - 一种恒磨削量的抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒磨削量的抛光方法，包括：1）根据工件要抛光的图形轮廓，生成运动控制器可识别的加工代码，设定抛光磨削量大小，用伺服放大器上的驱动电流I₀表示，运动控制器根据运动控制器可识别的加工代码对工件开始抛光加工；2）抛光加工过程中，运动控制器读取伺服放大器的驱动电流信号，对加工轨迹进行重新修正。本发明通过将伺服放大器的驱动电流作为反馈输入，对加工轨迹进行实时修正，从而补偿砂轮磨损，实现恒磨削量的抛光。本发明恒磨削量的抛光方法具有原理简单、实现方便等优点，在玻璃陶瓷等脆性材料的抛光中有着广泛的应用前景。

Description

一种恒磨削量的抛光方法

技术领域

本发明涉及玻璃、陶瓷、石材等硬脆材料的深加工方法领域，尤其是涉及一种抛光过程中实现恒磨削量的抛光方法。

背景技术

对于玻璃、陶瓷、石材等硬脆材料，其深加工多采用砂轮磨削的方式。而砂轮进行磨削加工的主要问题是砂轮容易磨损，随着磨损量的增加造成砂轮作用半径的不断缩小，如果不能对砂轮磨损进行有效的补偿，势必会造成砂轮与材料的作用力发生变化，从而导致磨削量的不均匀，影响加工精度。常见的砂轮磨损补偿的方法主要为监控砂轮半径，在砂轮磨削加工中不断测量出砂轮半径，然后输入数控***采用刀具半径补偿的方式进行补偿。此外，在成形磨床中通常采用砂轮定期修整的方式来获得修整后的砂轮尺寸，其本质与在加工中不断测量出砂轮半径进行补偿的方式相同。

公开号为CN 101733705A的中国发明专利申请公开了一种砂轮磨损自动检测及补偿方法，采用砂轮修整器对磨削后的砂轮自动修正循环，采用砂轮直径检测器对加工中的砂轮直径进行在线检测、检测后获得的砂轮直径数据传送至数控***，数控***将砂轮直径数据与原始砂轮直径数据相比，获得砂轮磨损量和砂轮修正量，数控***控制机床的进刀量从而实现砂轮的自动补偿。

公开号为CN 101434054A的中国发明专利申请公开了一种实现砂轮误差补偿的加工方法，包括以下步骤：1）确定杯状砂轮修整器作为对砂轮进行修形的加工工具，用杯状砂轮修整器对金刚石圆弧砂轮进行在线修整；2）对砂轮修整***进行设计；3）利用砂轮修整***对砂轮进行在线测量；4）用半径约束原始数据滤波、半径最小二乘法拟合的方法处理测量所得的数据，得出补偿控制点；5）编程并生成NC程序，控制加工设备的运行，完成砂轮误差的加工补偿。

上述两个专利申请均采用测量砂轮半径的方法进行砂轮磨损的补偿，在加工中测量砂轮半径的方法进行砂轮磨损的补偿有较大的局限性，适合于磨损量变化缓慢的磨削过程，同时反复的测量砂轮半径或定期修整砂轮尺寸的方法会导致加工过程中断，加工效率降低。对于像玻璃加工中砂轮进行玻璃抛光时，砂轮采用树脂轮，树脂轮的磨损量很大，在1米的加工长度上可以磨损0.1mm甚至更多。而在加工过程中为了达到理想的抛光效果要求每个位置的抛光量相同，加工过程也无法中断，因而迫切需要一种能够实现抛光过程中砂轮磨损的自动补偿，从而实现抛光过程的恒磨削量。

发明内容

本发明提供了一种恒磨削量的抛光方法，通过将伺服放大器的驱动电流作为反馈输入，对加工轨迹进行实时修正，从而补偿砂轮磨损，实现恒磨削量的抛光。

一种恒磨削量的抛光方法，包括以下步骤：

1）根据工件要抛光的图形轮廓，生成运动控制器可识别的加工代码，设定抛光磨削量大小，用伺服放大器上的驱动电流I₀表示，运动控制器根据运动控制器可识别的加工代码对工件开始抛光加工；

2）抛光加工过程中，运动控制器读取伺服放大器的驱动电流信号，对加工轨迹进行重新修正；

具体包括：运动控制器在伺服周期T_i读取伺服放大器的驱动电流I_i，设当前砂轮中心的位置为P_i(X_i,Y_i)，下一个砂轮中心的运动目标点位置为P_i+1(X_i+1,Y_i+1)：

将P_i+1(X_i+1,Y_i+1)动态修正为P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)，其中， $\mathrm{\Δ}{X}_i=-\mathrm{\Δ}{R}_i\left(\frac{Y_{i+1}-Y_i}{L_i}\right),$ $\mathrm{\Δ}{Y}_i=-\mathrm{\Δ}{R}_i\left(\frac{X_{i+1}-X_i}{L_i}\right),$ $\mathrm{\Δ}{R}_i=K_1{E}_i+K_2\underset{k=1}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k+K_3(E_i-E_{i-1}),$ ΔR_i为砂轮磨损量，K₁、K₂和K₃为压力补偿调节系数，P_i点伺服放大器电流误差E_i=I₀-I_i，P_i点之前的P_i-1点伺服放大器电流误差E_i-1=I₀-I_i-1，其中，I_i-1是P_i-1点读取的伺服放大器的驱动电流I_i-1，为运行到P_i点的误差之和，P_iP_i+1直线轨迹段长度 $L_i=\sqrt{{(X_i-X_{i+1})}^2+{(Y_i-Y_{i+1})}^2}.$

步骤1）中，抛光刀具（即砂轮）在工件加工平面内的运动由运动控制器控制抛光加工机床实现X、Y方向的移动，从而控制抛光刀具的进给量。

运动控制器可识别的加工代码采用如NC(Numerical Control,数字控制,简称数控)代码，通常也称为G代码。

由于伺服放大器上的驱动电流与主轴电机的负载有直接关系，因而抛光磨削量可以通过伺服放大器上的驱动电流来直接表征，将抛光磨削量记为I₀。

抛光磨削量根据玻璃加工厚度、主轴转速、砂轮特性、抛光质量要求确定最终的抛光磨削量，可人为设定。

加工用的主轴为伺服主轴，由伺服放大器驱动主轴电机，主轴电机旋转带动砂轮同步旋转对工件进行抛光，伺服放大器受控于运动控制器。

步骤2）中，为从加工起点P₁运行到P_i点的误差之和，即在伺服周期T₁读取伺服放大器的驱动电流I₁，在伺服周期T₂读取伺服放大器的驱动电流I₂……在在伺服周期T_i读取伺服放大器的驱动电流I_i， $\underset{k=1}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k=(I_0-I_1)+(I_0-I_2)......+(I_0-I_i).$

压力补偿调节系数K₁、K₂、K₃一般根据加工机床和实际操作调整，一般K₁=0.01~0.1，K₂=0.02~0.2，K₃=0.04~0.4，如在龙门式机床对异型玻璃工件进行加工时候，可具体选K₁=0.05，K₂=0.1，K₃=0.2。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明恒磨削量的抛光方法通过对伺服放大器中的驱动电流进行监控，采用该驱动电流表征抛光过程中磨削量的大小。在伺服周期内将当前驱动电流和目标电流（即设定的驱动电流I₀）相比较，计算出砂轮的磨损量，根据砂轮的磨损量可以求出下一段轨迹点的坐标偏置量，使得砂轮和工件保持恒定的磨削量，从而实现恒磨削量抛光。本发明恒磨削量的抛光方法具有原理简单、实现方便等优点，在玻璃陶瓷等脆性材料的抛光中有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明恒磨削量的抛光方法的原理图；

图2为实施例1中采用本发明恒磨削量的抛光方法开始磨削后的13min内的伺服放大器的驱动电流分布图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明恒磨削量的抛光方法的原理图。砂轮2在沿工件1周边轮廓进行抛光的过程中，由于砂轮2的快速磨损，会导致砂轮2的磨削量逐渐减小。为了保证砂轮2磨削量的恒定，需要在伺服周期内对砂轮2的轨迹进行修正，补偿砂轮2磨损量即可实现恒磨削量的抛光过程。如图1（a）所示，根据工件1要抛光的图形轮廓，生成运动控制器可识别的加工代码，如NC代码（运动控制器可识别的代码的一种）。砂轮2在工件1加工平面内的运动由运动控制器控制抛光加工机床实现X、Y方向的移动，控制砂轮的进给量。机床中加工用的主轴为伺服主轴，由伺服放大器驱动主轴电机，主轴电机通过主轴带动砂轮2旋转对工件1进行抛光。伺服放大器受控于运动控制器。根据玻璃加工厚度、主轴转速、砂轮特性、抛光质量要求确定最终的抛光磨削量，设定抛光磨削量大小，用伺服放大器上的驱动电流I₀表示，由于伺服放大器上的驱动电流与主轴电机的负载有直接关系，因而抛光磨削量可以通过伺服放大器上的驱动电流来直接表征，将抛光磨削量记为I₀。如图1（b）所示，为砂轮2的原始运动轨迹（即修正前）23，如果没有对原始运动轨迹进行修正，则砂轮2中心21的位置将从P_i(X_i,Y_i)沿原始运动轨迹23运动至目标点位置为P_i+1(X_i+1，Y_i+1)，箭头22为砂轮2的法线。如图1（c）所示，为砂轮2的补偿后运动轨迹24（即修正后），将目标点位置P_i+1(X_i+1,Y_i+1)修正为P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)，具体过程如下：

运动控制器在伺服周期T_i读取伺服放大器的驱动电流I_i，可通过AD转换（模拟量变为数字量转换）模块读取伺服放大器的驱动电流信号，伺服周期是运动控制器读取砂轮2中心21的位置，从而对下一步运动位置进行校正的周期；

设当前砂轮中心的位置为P_i(X_i,Y_i)，下一个砂轮中心的运动目标点位置为P_i+1(X_i+1,Y_i+1)；

P_i点伺服放大器电流误差：E_i=I₀-I_i，P_i点之前的P_i-1点伺服放大器电流误差：E_i-1=I₀-I_i-1，其中，I_i-1是P_i-1点读取的伺服放大器的驱动电流I_i-1，为运行到P_i点的误差之和，即在伺服周期T₁读取伺服放大器的驱动电流I₁，在伺服周期T₂读取伺服放大器的驱动电流I₂……在伺服周期T_i读取伺服放大器的驱动电流I_i， $\underset{k=1}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k=(I_0-I_1)+(I_0-I_2)......+(I_0-I_i);$

P_iP_i+1直线轨迹段长度： $L_i=\sqrt{{(X_i-X_{i+1})}^2+{(Y_i-Y_{i+1})}^2};$

的单位向量为： $(\frac{X_{i+1}-X_i}{L_i},\frac{Y_{i+1}-Y_i}{L_i});$

将P_i+1(X_i+1,Y_i+1)动态修正为P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)，其中， $\mathrm{\Δ}{X}_i=-\mathrm{\Δ}{R}_i\left(\frac{Y_{i+1}-Y_i}{L_i}\right),$ $\mathrm{\Δ}{Y}_i=-\mathrm{\Δ}{R}_i\left(\frac{X_{i+1}-X_i}{L_i}\right),$ $\mathrm{\Δ}{R}_i=K_1{E}_i+K_2\underset{k=1}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k+K_3(E_i-E_{i-1}),$ ΔR_i为砂轮磨损量，K₁，K₂，K₃为压力补偿调节系数。

压力补偿调节系数K₁、K₂、K₃一般根据加工机床和实际操作调整，一般K₁=0.01~0.1，K₂=0.02~0.2，K₃=0.04~0.4。

将P_i+1(X_i+1,Y_i+1)动态修正为P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)之后，运动控制器控制砂轮2在工件1加工平面内的运动以及控制伺服放大器，由伺服放大器驱动主轴电机，主轴电机通过主轴带动砂轮2旋转对工件1进行抛光，使得砂轮2的中心21运行至P’_i+1(X_i+1+ΔX_i，Y_i+1+ΔY_i)，从而对加工轨迹进行实时修正，从而补偿砂轮2磨损，实现恒磨削量的抛光。

实施例1

对异形玻璃工件的周边进行恒磨削量抛光，机床的结构为龙门式，异形玻璃工件固定在机床的工作台面上，主轴安装于Z轴上，Z轴整体安装于横梁X轴之上，而横梁X轴又通过导轨架设在Y轴上，横梁X轴可沿导轨在Y轴上运动。Z轴用于调节磨削高度，运动控制器控制X轴和Y轴两轴绕异形玻璃运动，进行抛光。伺服放大器通过主轴电机带动主轴旋转，伺服放大器的驱动电流通过10路的AD转换模块接入运动控制器中。在空载状态下，伺服放大器的驱动电流为5A，在正常加工状态下伺服放大器的驱动电流为8A。运动控制器采用嵌入式工控机+运动控制卡的方式进行机床的运动控制。

（a）根据异形玻璃工件要抛光的图形轮廓，生成运动控制器可识别的NC代码，异形玻璃工件选用直径为500mm的圆玻璃对其周边进行抛光加工，采用通用的NC代码生成软件CAXA软件获得加工所需的NC代码；

（b）根据异形玻璃工件加工厚度、主轴转速、砂轮特性、抛光质量要求确定最终的抛光磨削量，设定抛光磨削量大小，用伺服放大器上的驱动电流I₀表示。本实施例中通过比较不同驱动电流下异形玻璃工件的抛光效果，最终选用驱动电流为I₀=8A；

（c）运动控制器根据NC代码，开始抛光加工；

（d）抛光过程中，运动控制器读取伺服放大器的驱动电流信号，对加工轨迹进行重新修正，具体过程如下：

运动控制器在伺服周期T_i读取伺服放大器的驱动电流I_i，可通过AD转换（模拟量变为数字量转换）模块读取伺服放大器的驱动电流信号，

设当前砂轮中心的位置为P_i(X_i,Y_i)，下一个砂轮中心的运动目标点位置为P_i+1(X_i+1,Y_i+1)；

P_i点伺服放大器电流误差：E_i=I₀-I_i，P_i点之前的P_i-1点伺服放大器电流误差：E_i-1=I₀-I_i-1，其中，I_i-1是P_i-1点读取的伺服放大器的电流I_i-1，为运行到P_i点的误差之和；

P_iP_i+1直线轨迹段长度： $L_i=\sqrt{{(X_i-X_{i+1})}^2+{(Y_i-Y_{i+1})}^2};$

的单位向量为： $(\frac{X_{i+1}-X_i}{L_i},\frac{Y_{i+1}-Y_i}{L_i});$

将P_i+1(X_i+1,Y_i+1)动态修正为P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)，其中， $\mathrm{\Δ}{X}_i=-\mathrm{\Δ}{R}_i\left(\frac{Y_{i+1}-Y_i}{L_i}\right),$ $\mathrm{\Δ}{Y}_i=-\mathrm{\Δ}{R}_i\left(\frac{X_{i+1}-X_i}{L_i}\right),$ $\mathrm{\Δ}{R}_i=K_1{E}_i+K_2\underset{k=1}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k+K_3(E_i-E_{i-1}),$ ΔR_i为砂轮磨损量，K₁，K₂，K₃为压力补偿调节系数。压力补偿调节系数K₁=0.05，K₂=0.1，K₃=0.2。

将P_i+1(X_i+1,Y_i+1)动态修正为P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)之后，运动控制器控制砂轮在加工平面内的运动以及控制伺服放大器，由伺服放大器驱动主轴电机，主轴电机通过主轴带动砂轮旋转对工件进行抛光，使得砂轮的中心运行至P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)，从而对加工轨迹进行实时修正，从而补偿砂轮磨损，实现恒磨削量的抛光。为了检测恒磨削量抛光效果，记录了直径为500mm的圆玻璃在抛光时的伺服放大器的驱动电流大小。图2为正式开始磨削后的13min内的伺服放大器的驱动电流分布。由于伺服放大器上的驱动电流与主轴电机的负载有直接关系，因而抛光磨削量可以通过伺服放大器上的驱动电流来直接表征。如图2所示，伺服放大器的驱动电流分布比较均匀，保持了恒定的磨削量，从而实现恒磨削量抛光。

Claims (1)

1.一种恒磨削量的抛光方法，包括以下步骤：

1)根据工件要抛光的图形轮廓，生成运动控制器可识别的加工代码，设定抛光磨削量大小，用伺服放大器上的驱动电流I₀表示，运动控制器根据运动控制器可识别的加工代码对工件开始抛光加工；

2)抛光加工过程中，运动控制器读取伺服放大器的驱动电流信号，对加工轨迹进行重新修正；

具体包括：运动控制器在伺服周期T_i读取伺服放大器的驱动电流I_i，设当前砂轮中心的位置为P_i(X_i,Y_i)，下一个砂轮中心的运动目标点位置为P_i+1(X_i+1,Y_i+1)；

将P_i+1(X_i+1,Y_i+1)动态修正为P’_i+1(X_i+1+ΔX_i,Y_i+1+ΔY_i)，其中， ${\mathrm{\ΔX}}_i={-\mathrm{\ΔR}}_i\left(\frac{Y_{i+1}-Y_i}{L_i}\right),{\mathrm{\ΔY}}_i=-{\mathrm{\ΔR}}_i\left(\frac{X_{i+1}-X_i}{L_i}\right);{\mathrm{\ΔR}}_i=K_1{E}_i+K_2\underset{k=1}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}{E}_k+K_3(E_i-E_{i-1}),{\mathrm{\ΔR}}_i$ 为砂轮磨损量，K₁、K₂和K₃为压力补偿调节系数，P_i点伺服放大器电流误差E_i＝I₀-I_i，P_i点之前的P_i-1点伺服放大器电流误差E_i-1＝I₀-I_i-1，I_i-1是P_i-1点读取的伺服放大器的驱动电流I_i-1，为运行到Pi点的误差之和，P_iP_i+1直线轨迹段长度 $L_i=\sqrt{{(X_i-X_{i+1})}^2+{(Y_i-Y_{i+1})}^2},$ K₁＝0.01～0.1，K₂＝0.02～0.2，K₃＝0.04～0.4。