CN116352607B - 基于数控分析的无心磨床补偿控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无心磨床技术领域，具体为基于数控分析的无心磨床补偿控制***及方法，包括工件尺寸测量模块、工件尺寸分散分析与反馈模块、边修边磨砂轮修整执行模块和边修边磨尺寸补偿进给模块；工件尺寸测量模块用于对无心磨床出料处的工件进行尺寸测量；工件尺寸分散分析及反馈模块用于对评价周期内的工件进行尺寸分散的分析与评估；边修边磨砂轮修整执行模块用于在工件磨削过程中砂轮缺损加剧时，启动边修边磨砂轮修整执行模块对砂轮进行在线修整；边修边磨砂轮修整执行模块还用于将尺寸补偿相关的修整状态数据传送至边修边磨尺寸补偿进给模块；边修边磨尺寸补偿进给模块用于对正在磨削的工件进行边修边磨的尺寸补偿。
Description
技术领域
本发明涉及无心磨床技术领域，具体为基于数控分析的无心磨床补偿控制***及方法。
背景技术
无心磨床因其高精、高效被广泛使用。最常使用的磨削方式为通过式磨削。在工件粗磨或半精磨阶段吃刀量一般较大，砂轮脱粒严重。随着砂轮的不断磨损，工件的尺寸精度及表面质量持续下降。为恢复工件的磨削精度，通常的方法必须先停止工件磨削，再修整砂轮。等砂轮修整结束后，再继续磨削工件。由于砂轮脱粒快，磨削灰堵塞等原因，就必须不断地修整砂轮，修整间隔也很短。另外无心磨的砂轮一般都很宽，所以每次修整砂轮的时间也较长，这样每修一次砂轮就要停止送料，严重影响磨削效率；传统的数控无心磨床，砂轮修整与工件磨削不能同时进行，修砂轮时必须停止工件磨削，严重影响生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供基于数控分析的无心磨床补偿控制***及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于数控分析的无心磨床补偿控制***，包括工件尺寸测量模块、工件尺寸分散分析与反馈模块、边修边磨砂轮修整执行模块和边修边磨尺寸补偿进给模块；
工件尺寸测量模块用于对无心磨床出料处的工件进行尺寸测量，根据测量结果判断被测工件的尺寸所处的公差范围，并将判断结果传送至工件尺寸分散分析与反馈模块；
工件尺寸分散分析及反馈模块用于对工件的判断结果进行连续采集，根据采集到的数据，对评价周期内的工件进行尺寸分散的分析与评估，判断实时砂轮缺损的情况，并将评估结果反馈到边修边磨尺寸补偿进给模块和边修边磨砂轮修整执行模块；
边修边磨砂轮修整执行模块用于在工件磨削过程中砂轮缺损加剧时，启动边修边磨砂轮修整执行模块对砂轮进行在线修整；边修边磨砂轮修整执行模块还用于将尺寸补偿相关的修整状态数据传送至边修边磨尺寸补偿进给模块；
边修边磨尺寸补偿进给模块用于在边修边磨砂轮修整执行模块启动的同时进行启动，并根据实时尺寸补偿相关的修整状态数据和工件尺寸分散的分析与评估的结果，对正在磨削的工件进行边修边磨的尺寸补偿。尺寸补偿是将工件尺寸控制在精度要求范围内，最终实现边修边磨。
进一步的，工件尺寸测量模块包括激光测量头单元、激光测量控制器单元和数控***的PLC单元；
激光测量头单元中的激光测量头安装在无心磨床出料处的排料架末端，激光测量头单元与激光测量控制器单元相连接，激光测量控制器单元与数控***的PLC单元相连接；
数控***的PLC单元控制激光测量控制器工作，激光测量头对通过激光扫描区的每个工件进行扫描，将测得的数据传输至激光测量控制器；
激光测量控制器单元对测得的数据进行分析，判断被测工件的尺寸所处的公差范围，并将判断结果传输至工件尺寸分散分析与反馈模块的输入端。
进一步的，激光测量控制器单元对测得的数据进行分析，判断被测工件的尺寸所处的公差范围，包括以下步骤：
激光测量控制器通过信号线连接，信号线传输8bit状态指示信号，不同8bit状态指示信号对应不同的测量仪状态与判断结果，测量仪状态与判断结果存在相应的符号标识，激光测量控制器单元将状态指示信号传输至工件尺寸分散分析与反馈模块，工件尺寸分散分析与反馈模块以对应的符合标识进行显示；
8bit状态指示信号包括10000000、01000000、01100000、01010000、01001000、01000100、01000010和01000001；
测量仪状态与判断结果包括测量仪故障、测量仪自动方式生效、测量中、下限预警、上限预警、下公差、上公差和公称范围；
符号标识包括-AL、+AL、-OK、+OK和OK。
进一步的，对评价周期内的工件进行尺寸分散的分析与评估，判断实时砂轮缺损的情况，包括以下步骤：
工件尺寸分散分析与反馈模块对输入端采集到的状态指示信号进行存储，获取对应信号在评价周期内连续出现的第一符号标识的累计数D11，以及第二符号标识的累计数D12，对应信号是指在运行监测过程中能够反应与砂轮磨损相关的信号；对应信号包括01000001和01000010；所示第一符号标识为OK，第二符号标识为+OK；
计算评价周期内的第一比值D21，D21＝D12/D11；
根据历史数据设置存在轻微掉粒磨损时连续出现第二符号标识的最小工件数量阈值n1、砂轮掉粒加剧时的第二符号标识的最小工件数量阈值n2，以及第二符号标识与第一符号标识的最大比值阈值n11；
判断评价周期内是否满足如下第一条件：n1≤D12≤n2或者n0≤D21≤n11；
若满足上述任意第一条件则输出砂轮存在轻微掉粒磨损，边修边磨砂轮修整执行模块不响应，工件尺寸分散分析与反馈模块传输信号给边修边磨尺寸补偿进给模块，n0为预设第二符号标识与第一符号标识累计数的最小百分比；
判断评价周期内是否满足如下第二条件：D1＞n2或者D21＞n11；
若满足上述任意第二条件则输出砂轮掉粒加剧，传输信号给边修边磨砂轮修整执行模块，如最大比值阈值n11是砂轮磨损开始加剧时第二符号标识与第一符号标识的比值，当第一比值D21＞n11时，认为砂轮磨损加剧。
进一步的，评价周期的设定包括以下步骤：
当D12≥1时，开始对第一符号标识对应的信号计数，直到出现下一个第二符号标识对应的信号，将该过程设为一个评价周期N1；
在评价周期N1内，计算D12/D11的比值并保存至D21中，D21更新后，将D11和D12清零，开始下一个评价周期。
进一步的，边修边磨砂轮修整执行模块包括金钢笔单元、砂轮修整进给轴单元和砂轮修整往复轴单元；
金钢笔单元用于沿砂轮修整往复轴单元控制的修整往复轴将砂轮的磨削区进行细分后分段修整；砂轮修整进给轴单元用于给金钢笔单元控制的金钢笔提供进给方向；砂轮修整往复轴单元用于给金钢笔单元控制的金钢笔提供进给载体；
边修边磨砂轮修整执行模块将每段的修整量与修整速度分别设定，通过编写HMI程序建立边修边磨参数设置界面，界面提供操作者将与砂轮修整相关的参数输入到数控***的NCK中；与砂轮修整相关的参数在运行过程中的动态变化即为尺寸补偿相关的修整状态数据；
与砂轮修整相关的参数包括金钢笔在U1方向上的进给量u1、分段修整对应坐标系中的坐标(a0,b0)～(an,bn)和分段修整在W1轴上的修整速度f0～fn；
进给量u1与上述修整量相同，U1方向是指砂轮修整进给轴单元控制的砂轮修整进给轴U1方向，W1轴是指砂轮修整往复轴单元控制的砂轮修整往复轴W1；分段修整对应的坐标系为以砂轮修整进给轴U1为横轴、砂轮修整往复轴W1为纵轴构成的坐标系；
边修边磨砂轮修整执行模块设置修整量需满足第三条件，第三条件为上公差数值≤修整量u1≤上公差数值+0.005mm；上公差数值＝工件上验收极限-工件基本尺寸；
边修边磨砂轮修整执行模块工作时传输信号给边修边磨尺寸补偿进给模块。在线修整砂轮的同时，砂轮的直径会在W1轴方向逐段发生变化，磨出的工件尺寸也会随着修整过程的推进发生改变。为保持磨出的工件尺寸保持在公差范围内，修整砂轮的同时需要启动边修边磨尺寸补偿进给模块。
进一步的，边修边磨尺寸补偿进给模块包括尺寸补偿进给轴单元和实时数据获取单元；
实时数据获取单元用于获取实时反馈的尺寸补偿相关的修整状态数据中的W1轴的坐标值以及修整速度，实时数据获取单元用于判断目前砂轮修整所处的进程；实时数据获取单元将进程结果传输给尺寸补偿进给轴单元；
尺寸补偿进给轴单元用于设置第一距离处的工件个数，以及进给补偿时修调尺寸补偿的量；第一距离是指工件出口与工件测量点对应的位置距离；尺寸补偿进给轴单元设置有尺寸补偿进给轴X1轴。
第一距离造成工件尺寸分散分析与反馈模块的反馈滞后，从而导致边修边磨尺寸补偿滞后，所以设置尺寸补偿进给轴单元是为了减小误差。
进一步的，尺寸补偿进给轴单元获取边修边磨砂轮修整执行模块中的分段情况，基于分段情况预设每段X1轴的补偿分量x0～xn，补偿分量的和小于等于每次的修整量u1；尺寸补偿进给轴单元基于实时数据获取单元获取的W1轴的坐标，并与预设的砂轮修整分段点的W1坐标值相比较，确定实时砂轮修整所属的段号，根据段号控制X1轴按对应段号的补偿分量进给补偿；
尺寸补偿进给轴单元判断修整量u1与预设修整量阈值u0的大小关系；
当u1≤u0时，尺寸补偿进给轴单元减小补偿分量，并传输信号给数控***的NCK，数控***调整尺寸补偿进给轴中X1轴的最小分辨率。分辨率提升后的X1轴很好地满足了X1轴微量移动逐段尺寸补偿的需要。
进一步的，边修边磨尺寸补偿***还包括运行调整模块；
运行调整模块用于对每一运行周期内的修整状态数据和尺寸补偿数据进行存储记录，运行调整模块构建修整状态数据对应的砂轮修整参数集合为第一集合，以及尺寸补偿数据对应的尺寸补偿参数集合为第二集合；
运行调整模块根据历史数据中的第一集合和第二集合，分析实时获取修整状态数据与第一集合中修整状态数据的相似度为第一相似度，当第一相似度大于第一相似度阈值时，传输第一集合中的砂轮修整参数进行控制；分析实时获取尺寸补偿数据与第二集合中尺寸补偿数据的相似度为第二相似度，当第二相似度大于第二相似度阈值时，传输第二集合中的尺寸补偿参数进行控制。运行调整模块可以使得边修边磨尺寸补偿***趋于稳定，提高***工作效率。
基于数控分析的无心磨床补偿控制方法，包括以下具体步骤：
步骤S1：通过测量工件尺寸判断被测工件的尺寸所处的公差范围；
步骤S2：基于公差范围判断目前砂轮缺损的情况；
步骤S3：基于目前砂轮缺损的情况控制无心磨床中的尺寸补偿和砂轮修整协作运行，确保无心磨床出料处的工件尺寸精度符合精度要求。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明基于数控无心磨床的边修边磨尺寸补偿***及方法，增加了对“砂轮掉粒加剧”状态的检测与判断，且在工件磨削持续同时，将砂轮的磨削区细分后分段修整，边修边磨的同时，补偿进给轴跟随砂轮修整的进程进行分段尺寸补偿，每段补偿量可设；除此之外能在磨削工件的同时修整砂轮，通过一种特有的尺寸补偿***将工件尺寸控制在精度要求范围内，实现边修边磨，就可以大大提升无心磨床的磨削效率，为用户带来额外的收益。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明基于数控分析的无心磨床补偿控制***的模块结构框图；
图2是本发明基于数控分析的无心磨床补偿控制***的运行框图；
图3是本发明基于数控分析的无心磨床补偿控制***的数控***功能框图；
图4是本发明基于数控分析的无心磨床补偿控制***的二次开发程序结构框图；
图5是本发明基于数控分析的无心磨床补偿控制***的公差范围对应图；
图6是本发明基于数控分析的无心磨床补偿控制***的无心磨床砂轮修整机械构图；
图7是本发明基于数控分析的无心磨床补偿控制***的无心磨床磨削示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7，本发明提供技术方案：基于数控分析的无心磨床补偿控制***，包括工件尺寸测量模块、工件尺寸分散分析与反馈模块、边修边磨砂轮修整执行模块和边修边磨尺寸补偿进给模块；
工件尺寸测量模块用于对无心磨床出料处的工件进行尺寸测量，根据测量结果判断被测工件的尺寸所处的公差范围，并将判断结果传送至工件尺寸分散分析与反馈模块；
工件尺寸分散分析及反馈模块用于对工件的判断结果进行连续采集，根据采集到的数据，对评价周期内的工件进行尺寸分散的分析与评估，判断实时砂轮缺损的情况，并将评估结果反馈到边修边磨尺寸补偿进给模块和边修边磨砂轮修整执行模块；
边修边磨砂轮修整执行模块用于在工件磨削过程中砂轮缺损加剧时，启动边修边磨砂轮修整执行模块对砂轮进行在线修整；边修边磨砂轮修整执行模块还用于将尺寸补偿相关的修整状态数据传送至边修边磨尺寸补偿进给模块；
边修边磨尺寸补偿进给模块用于在边修边磨砂轮修整执行模块启动的同时进行启动，并根据实时尺寸补偿相关的修整状态数据和工件尺寸分散的分析与评估的结果，对正在磨削的工件进行边修边磨的尺寸补偿。尺寸补偿是将工件尺寸控制在精度要求范围内，最终实现边修边磨。
工件尺寸测量模块包括激光测量头单元、激光测量控制器单元和数控***的PLC单元；
激光测量头单元中的激光测量头安装在无心磨床出料处的排料架末端，激光测量头单元与激光测量控制器单元相连接，激光测量控制器单元与数控***的PLC单元相连接；
数控***的PLC单元控制激光测量控制器工作，激光测量头对通过激光扫描区的每个工件进行扫描，将测得的数据传输至激光测量控制器；
激光测量控制器单元对测得的数据进行分析，判断被测工件的尺寸所处的公差范围，并将判断结果传输至工件尺寸分散分析与反馈模块的输入端。
激光测量控制器单元对测得的数据进行分析，判断被测工件的尺寸所处的公差范围，包括以下步骤：
激光测量控制器通过信号线连接，信号线传输8bit状态指示信号，不同8bit状态指示信号对应不同的测量仪状态与判断结果，测量仪状态与判断结果存在相应的符号标识，激光测量控制器单元将状态指示信号传输至工件尺寸分散分析与反馈模块，工件尺寸分散分析与反馈模块以对应的符合标识进行显示；
8bit状态指示信号包括10000000、01000000、01100000、01010000、01001000、01000100、01000010和01000001；
测量仪状态与判断结果包括测量仪故障、测量仪自动方式生效、测量中、下限预警、上限预警、下公差、上公差和公称范围；
符号标识包括-AL、+AL、-OK、+OK和OK。
8bit状态指示信号与测量仪状态与判断结果、符号标识的对应如图5所示。
对评价周期内的工件进行尺寸分散的分析与评估，判断实时砂轮缺损的情况，包括以下步骤：
工件尺寸分散分析与反馈模块对输入端采集到的状态指示信号进行存储，获取对应信号在评价周期内连续出现的第一符号标识的累计数D11，以及第二符号标识的累计数D12，对应信号是指在运行监测过程中能够反应与砂轮磨损相关的信号；对应信号包括01000001和01000010；所示第一符号标识为OK，第二符号标识为+OK；则第一符合标识OK对应的测量仪状态与判断结果为公称范围，所示第二符号标识+OK对应的测量仪状态与判断结果为上公差；
计算评价周期内的第一比值D21，D21＝D12/D11；
根据历史数据设置存在轻微掉粒磨损时连续出现第二符号标识的最小工件数量阈值n1、砂轮掉粒加剧时的第二符号标识的最小工件数量阈值n2，以及第二符号标识与第一符号标识的最大比值阈值n11；
上述阈值均是通过历史磨削数据和磨削经验，设定在砂轮轻微掉粒和砂轮掉粒加剧时的数值；
判断评价周期内是否满足如下第一条件：n1≤D12≤n2或者n0≤D21≤n11；
若满足上述任意第一条件则输出砂轮存在轻微掉粒磨损，边修边磨砂轮修整执行模块不响应，工件尺寸分散分析与反馈模块传输信号给边修边磨尺寸补偿进给模块，n0为预设第二符号标识与第一符号标识累计数的最小百分比；一般设n0＝20％；
判断评价周期内是否满足如下第二条件：D12＞n2或者D21＞n11；
若满足上述任意第二条件则输出砂轮掉粒加剧，传输信号给边修边磨砂轮修整执行模块。此时根据数据判断可以认为尺寸确认已偏离工件尺寸公称区，且当在线修整砂轮执行时需同时执行尺寸补偿。如最大比值阈值n11是砂轮磨损开始加剧时第二符号标识与第一符号标识的比值，当第一比值D21＞n11时，认为砂轮磨损加剧。
评价周期的设定包括以下步骤：
当D12≥1时，开始对第一符号标识对应的信号计数，直到出现下一个第二符号标识对应的信号，将该过程设为一个评价周期N1；
在评价周期N1内，计算D12/D11的比值并保存至D21中，D21更新后，将D11和D12清零，开始下一个评价周期。
边修边磨砂轮修整执行模块包括金钢笔单元、砂轮修整进给轴单元和砂轮修整往复轴单元；
金钢笔单元用于沿砂轮修整往复轴单元控制的修整往复轴将砂轮的磨削区进行细分后分段修整；砂轮修整进给轴单元用于给金钢笔单元控制的金钢笔提供进给方向；砂轮修整往复轴单元用于给金钢笔单元控制的金钢笔提供进给载体；
边修边磨砂轮修整执行模块将每段的修整量与修整速度分别设定，通过编写HMI程序建立边修边磨参数设置界面，界面提供操作者将与砂轮修整相关的参数输入到数控***的NCK中；与砂轮修整相关的参数在运行过程中的动态变化即为尺寸补偿相关的修整状态数据；
与砂轮修整相关的参数包括金钢笔在U1方向上的进给量u1、分段修整对应坐标系中的坐标(a0,b0)～(an,bn)和分段修整在W1轴上的修整速度f0～fn；
进给量u1与上述修整量相同，U1方向是指砂轮修整进给轴单元控制的砂轮修整进给轴U1方向，W1轴是指砂轮修整往复轴单元控制的砂轮修整往复轴W1；分段修整对应的坐标系为以砂轮修整进给轴U1为横轴、砂轮修整往复轴W1为纵轴构成的坐标系；
边修边磨砂轮修整执行模块设置修整量需满足第三条件，第三条件为上公差数值≤修整量u1≤上公差数值+0.005mm；上公差数值＝工件上验收极限-工件基本尺寸；如实施例所示：工件基本尺寸：20.000，工件上验收极限：20.005，上公差数值＝20.005-20.000＝0.005；
边修边磨砂轮修整执行模块工作时传输信号给边修边磨尺寸补偿进给模块。在线修整砂轮的同时，砂轮的直径会在W1轴方向逐段发生变化，磨出的工件尺寸也会随着修整过程的推进发生改变。为保持磨出的工件尺寸保持在公差范围内，修整砂轮的同时需要启动边修边磨尺寸补偿进给模块。
无心磨床砂轮修整的机械机构图如图6；
砂轮的磨削区细分后分段数及每段的长度是一个经验值，可根据实际磨削时所用的砂轮材质、工件的类型与磨削量设定。工件粗磨时，一次磨削量大，所用的砂轮材质偏软且粒数少，砂轮掉粒速度快，砂轮修整时需要多一些分段数，一般设置n＝8～10；工件半精磨时，一次磨削量较小，所用的砂轮材质偏硬且粒数多，砂轮掉粒速度慢，工件尺寸变化范围小、变化速度慢，砂轮修整时分段数可以少一些，一般设置n＝6～8。边修边磨的修整过程由数控***的NCK完成，根据边修边磨时分段修整的工艺要求编写NCK程序。
边修边磨尺寸补偿进给模块包括尺寸补偿进给轴单元和实时数据获取单元；
实时数据获取单元用于获取实时反馈的尺寸补偿相关的修整状态数据中的W1轴的坐标值以及修整速度，实时数据获取单元用于判断目前砂轮修整所处的进程；实时数据获取单元将进程结果传输给尺寸补偿进给轴单元；
尺寸补偿进给轴单元用于设置第一距离处的工件个数，以及进给补偿时修调尺寸补偿的量；第一距离是指工件出口与工件测量点对应的位置距离；尺寸补偿进给轴单元设置有尺寸补偿进给轴X1轴。
第一距离造成工件尺寸分散分析与反馈模块的反馈滞后，从而导致边修边磨尺寸补偿滞后，所以设置尺寸补偿进给轴单元是为了减小误差；尺寸补偿进给轴采用伺服控制，尺寸补偿进给轴即为磨架进给轴；无心磨床磨削示意图如图7；边修边磨时，砂轮分段修整、工件持续穿过砂轮与导轮之间的磨削区，X1轴向正方向微量移动，缩小砂轮与导轮之间工件磨削区的宽度，达到对在磨的工件进行尺寸补偿的目的。
尺寸补偿进给轴单元获取边修边磨砂轮修整执行模块中的分段情况，基于分段情况预设每段X1轴的补偿分量x0～xn，补偿分量的和小于等于每次的修整量u1；尺寸补偿进给轴单元基于实时数据获取单元获取的W1轴的坐标，并与预设的砂轮修整分段点的W1坐标值相比较，确定实时砂轮修整所属的段号，根据段号控制X1轴按对应段号的补偿分量进给补偿；
尺寸补偿进给轴单元判断修整量u1与预设修整量阈值u0的大小关系，预设修整量阈值u0＝0.005；
当u1≤u0时，尺寸补偿进给轴单元减小补偿分量，并传输信号给数控***的NCK，数控***调整尺寸补偿进给轴中X1轴的最小分辨率。此处是对数控***中NCK轴参数的调整，将X1轴的最小分辨率由原有的1um提升至0.1um。分辨率提升后的X1轴很好地满足了X1轴微量移动逐段尺寸补偿的需要。
边修边磨尺寸补偿***还包括运行调整模块；
运行调整模块用于对每一运行周期内的修整状态数据和尺寸补偿数据进行存储记录，运行调整模块构建修整状态数据对应的砂轮修整参数集合为第一集合，以及尺寸补偿数据对应的尺寸补偿参数集合为第二集合；
运行调整模块根据历史数据中的第一集合和第二集合，分析实时获取修整状态数据与第一集合中修整状态数据的相似度为第一相似度，当第一相似度大于第一相似度阈值时，传输第一集合中的砂轮修整参数进行控制；分析实时获取尺寸补偿数据与第二集合中尺寸补偿数据的相似度为第二相似度，当第二相似度大于第二相似度阈值时，传输第二集合中的尺寸补偿参数进行控制。运行调整模块可以使得边修边磨尺寸补偿***趋于稳定，提高***工作效率。
数控无心磨床的边修边磨尺寸补偿***首先通过工件尺寸测量模块判断被测工件的尺寸所处的公差范围，再经过工件尺寸分散分析与反馈模块判断目前砂轮缺损的情况，然后通过边修边磨砂轮修整执行模块与边修边磨尺寸补偿进给模块协作运行，确保无心磨床出料处的工件尺寸精度符合精度要求，达到边修边磨的目的；
边修边磨尺寸补偿***是基于机床的控制***建立的，无心磨床的控制***采用数控***控制，通过对数控***进行二次开发，构建数控无心磨床边修边磨尺寸补偿***。数控***功能框图如图3；
边修边磨尺寸补偿***所涉及到所有参数设置与状态监控通过图中HMI完成；边修边磨尺寸补偿***中的“工件尺寸测量模块”、“工件尺寸分散分析与反馈模块”均由图中PLC完成；边修边磨尺寸补偿***中的“边修边磨砂轮修整执行模块”与“边修边磨尺寸补偿进给模块”由图中NCK完成；数控无心磨床边修边磨尺寸补偿***控制框图4。
基于数控分析的无心磨床补偿控制方法，包括以下具体步骤：
步骤S1：通过测量工件尺寸判断被测工件的尺寸所处的公差范围；
步骤S2：基于公差范围判断目前砂轮缺损的情况；
步骤S3：基于目前砂轮缺损的情况控制无心磨床中的尺寸补偿和砂轮修整协作运行，确保无心磨床出料处的工件尺寸精度符合精度要求。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于数控分析的无心磨床补偿控制***，其特征在于，包括工件尺寸测量模块、工件尺寸分散分析与反馈模块、边修边磨砂轮修整执行模块和边修边磨尺寸补偿进给模块；
所述工件尺寸测量模块用于对无心磨床出料处的工件进行尺寸测量，根据测量结果判断被测工件的尺寸所处的公差范围，并将判断结果传送至所述工件尺寸分散分析与反馈模块；
所述工件尺寸测量模块包括激光测量头单元、激光测量控制器单元和数控***的PLC单元；
所述激光测量头单元中的激光测量头安装在无心磨床出料处的排料架末端，所述激光测量头单元与所述激光测量控制器单元相连接，所述激光测量控制器单元与数控***的PLC单元相连接；
所述数控***的PLC单元控制所述激光测量控制器工作，所述激光测量头对通过激光扫描区的每个工件进行扫描，将测得的数据传输至所述激光测量控制器；
所述激光测量控制器单元对测得的数据进行分析，判断被测工件的尺寸所处的公差范围，并将判断结果传输至所述工件尺寸分散分析与反馈模块的输入端；
所述激光测量控制器单元对测得的数据进行分析，判断被测工件的尺寸所处的公差范围，包括以下步骤：
所述激光测量控制器通过信号线连接，所述信号线传输8bit状态指示信号，不同8bit状态指示信号对应不同的测量仪状态与判断结果，所述测量仪状态与判断结果存在相应的符号标识，所述激光测量控制器单元将状态指示信号传输至工件尺寸分散分析与反馈模块，所述工件尺寸分散分析与反馈模块以对应的符合标识进行显示；
所述8bit状态指示信号包括10000000、01000000、01100000、01010000、01001000、01000100、01000010和01000001；
所述测量仪状态与判断结果包括测量仪故障、测量仪自动方式生效、测量中、下限预警、上限预警、下公差、上公差和公称范围；
所述符号标识包括-AL、+AL、-OK、+OK和OK；
所述工件尺寸分散分析及反馈模块用于对工件的判断结果进行连续采集，根据采集到的数据，对评价周期内的工件进行尺寸分散的分析与评估，判断实时砂轮缺损的情况，并将评估结果反馈到所述边修边磨尺寸补偿进给模块和所述边修边磨砂轮修整执行模块；
所述边修边磨砂轮修整执行模块用于在工件磨削过程中砂轮缺损加剧时，启动边修边磨砂轮修整执行模块对砂轮进行在线修整；所述边修边磨砂轮修整执行模块还用于将尺寸补偿相关的修整状态数据传送至所述边修边磨尺寸补偿进给模块；
所述边修边磨尺寸补偿进给模块用于在边修边磨砂轮修整执行模块启动的同时进行启动，并根据实时尺寸补偿相关的修整状态数据和工件尺寸分散的分析与评估的结果，对正在磨削的工件进行边修边磨的尺寸补偿。
2.根据权利要求1所述的基于数控分析的无心磨床补偿控制***，其特征在于：所述对评价周期内的工件进行尺寸分散的分析与评估，判断实时砂轮缺损的情况，包括以下步骤：
所述工件尺寸分散分析与反馈模块对输入端采集到的状态指示信号进行存储，获取对应信号在评价周期内连续出现的第一符号标识的累计数D11，以及第二符号标识的累计数D12，所述对应信号是指在运行监测过程中能够反应与砂轮磨损相关的信号；所述对应信号包括01000001和01000010；所示第一符号标识为OK，所述第二符号标识为+OK；
计算评价周期内的第一比值D21，D21＝D12/D11；
根据历史数据设置存在轻微掉粒磨损时连续出现第二符号标识的最小工件数量阈值n1、砂轮掉粒加剧时的第二符号标识的最小工件数量阈值n2，以及第二符号标识与第一符号标识的最大比值阈值n11；
判断评价周期内是否满足如下第一条件：n1≤D12≤n2或者n0≤D21≤n11；
若满足上述任意第一条件则输出砂轮存在轻微掉粒磨损，所述边修边磨砂轮修整执行模块不响应，所述工件尺寸分散分析与反馈模块传输信号给所述边修边磨尺寸补偿进给模块，所述n0为预设第二符号标识与第一符号标识累计数的最小百分比；
判断评价周期内是否满足如下第二条件：D12＞n2或者D21＞n11；
若满足上述任意第二条件则输出砂轮掉粒加剧，传输信号给所述边修边磨砂轮修整执行模块。
3.根据权利要求2所述的基于数控分析的无心磨床补偿控制***，其特征在于：所述评价周期的设定包括以下步骤：
当D12≥1时，开始对所述第一符号标识对应的信号计数，直到出现下一个第二符号标识对应的信号，将该过程设为一个评价周期N1；
在评价周期N1内，计算D12/D11的比值并保存至D21中，D21更新后，将D11和D12清零，开始下一个评价周期。
4.根据权利要求3所述的基于数控分析的无心磨床补偿控制***，其特征在于：所述边修边磨砂轮修整执行模块包括金钢笔单元、砂轮修整进给轴单元和砂轮修整往复轴单元；
所述金钢笔单元用于沿所述砂轮修整往复轴单元控制的修整往复轴将砂轮的磨削区进行细分后分段修整；所述砂轮修整进给轴单元用于给所述金钢笔单元控制的金钢笔提供进给方向；所述砂轮修整往复轴单元用于给所述金钢笔单元控制的金钢笔提供进给载体；
所述边修边磨砂轮修整执行模块将每段的修整量与修整速度分别设定，通过编写HMI程序建立边修边磨参数设置界面，所述界面提供操作者将与砂轮修整相关的参数输入到数控***的NCK中；所述与砂轮修整相关的参数在运行过程中的动态变化即为尺寸补偿相关的修整状态数据；
所述与砂轮修整相关的参数包括金钢笔在U1方向上的进给量u1、分段修整对应坐标系中的坐标(a0,b0)～(an,bn)和分段修整在W1轴上的修整速度f0～fn；
所述进给量u1与上述所述修整量相同，所述U1方向是指砂轮修整进给轴单元控制的砂轮修整进给轴U1方向，所述W1轴是指砂轮修整往复轴单元控制的砂轮修整往复轴W1；分段修整对应的坐标系为以砂轮修整进给轴U1为横轴、砂轮修整往复轴W1为纵轴构成的坐标系；
所述边修边磨砂轮修整执行模块设置修整量需满足第三条件，所述第三条件为上公差数值≤修整量u1≤上公差数值+0.005mm；所述上公差数值＝工件上验收极限-工件基本尺寸；
所述边修边磨砂轮修整执行模块工作时传输信号给所述边修边磨尺寸补偿进给模块。
5.根据权利要求4所述的基于数控分析的无心磨床补偿控制***，其特征在于：所述边修边磨尺寸补偿进给模块包括尺寸补偿进给轴单元和实时数据获取单元；
所述实时数据获取单元用于获取实时反馈的尺寸补偿相关的修整状态数据中的W1轴的坐标值以及修整速度，所述实时数据获取单元用于判断目前砂轮修整所处的进程；所述实时数据获取单元将进程结果传输给所述尺寸补偿进给轴单元；
所述尺寸补偿进给轴单元用于设置第一距离处的工件个数，以及进给补偿时修调尺寸补偿的量；所述第一距离是指工件出口与工件测量点对应的位置距离；所述尺寸补偿进给轴单元设置有尺寸补偿进给轴X1轴。
6.根据权利要求5所述的基于数控分析的无心磨床补偿控制***，其特征在于：所述尺寸补偿进给轴单元获取所述边修边磨砂轮修整执行模块中的分段情况，基于分段情况预设每段X1轴的补偿分量x0～xn，所述补偿分量的和小于等于每次的修整量u1；所述尺寸补偿进给轴单元基于所述实时数据获取单元获取的W1轴的坐标，并与预设的砂轮修整分段点的W1坐标值相比较，确定实时砂轮修整所属的段号，根据段号控制X1轴按对应段号的补偿分量进给补偿；
所述尺寸补偿进给轴单元判断修整量u1与预设修整量阈值u0的大小关系；
当u1≤u0时，所述尺寸补偿进给轴单元减小补偿分量，并传输信号给数控***的NCK，所述数控***调整所述尺寸补偿进给轴中X1轴的最小分辨率。
7.根据权利要求6所述的基于数控分析的无心磨床补偿控制***，其特征在于：所述边修边磨尺寸补偿***还包括运行调整模块；
所述运行调整模块用于对每一运行周期内的修整状态数据和尺寸补偿数据进行存储记录，所述运行调整模块构建修整状态数据对应的砂轮修整参数集合为第一集合，以及尺寸补偿数据对应的尺寸补偿参数集合为第二集合；
所述运行调整模块根据历史数据中的第一集合和第二集合，分析实时获取修整状态数据与第一集合中修整状态数据的相似度为第一相似度，当第一相似度大于第一相似度阈值时，传输第一集合中的砂轮修整参数进行控制；分析实时获取尺寸补偿数据与第二集合中尺寸补偿数据的相似度为第二相似度，当第二相似度大于第二相似度阈值时，传输第二集合中的尺寸补偿参数进行控制。
8.一种应用权利要求1-7任一项所述的基于数控分析的无心磨床补偿控制***的基于数控分析的无心磨床补偿控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤S1：通过测量工件尺寸判断被测工件的尺寸所处的公差范围；
步骤S2：基于公差范围判断目前砂轮缺损的情况；
步骤S3：基于目前砂轮缺损的情况控制无心磨床中的尺寸补偿和砂轮修整协作运行，确保无心磨床出料处的工件尺寸精度符合精度要求。
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