基于電渦流傳感器的全閉環(huán)鋸片磨床數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)

　　1.4 全閉環(huán)鋸片磨削控制基準的建立

　　由于本系統(tǒng)的測量值是鋸片表面到測量頭的距離，而并非鋸片的厚度，因此，必須建立測量值與鋸片厚度之間的尺寸鏈關系，以及通過測量值來控制磨削工序類型的一系列基準。根據(jù)鋸片磨削有粗、精和光磨三道工序，本系統(tǒng)建立了標準鋸片控制基準HS、光磨工序控制基準Hg和精磨工序控制基準Hj，如圖1所示。它們分別對應于標準鋸片厚度、進入光磨工序鋸片的理論厚度和進入精磨工序鋸片的理論厚度時測量系統(tǒng)的理論測量值。標準鋸片控制基準HS是通過事先加工一個滿足尺寸要求的標準鋸片，對其進行在線測量而獲得的測量值。這樣，根據(jù)HS和用戶所設定的各工序加工余量，軟件磨削控制器便可自動計算出光磨工序控制基準Hg和精磨工序控制基準Hj(各控制基準間尺寸關系如圖1所示)。在磨削加工控制過程中，通過將測量值與各控制基準相對比較，便可間接獲得鋸片厚度值和確定磨削工序類型。

2 關鍵技術問題及解決方案

　　2.1 G代碼程序與磨削控制器之間的協(xié)調(diào)控制機制

　　在采用G代碼程序和軟件磨削控制器共同協(xié)調(diào)實現(xiàn)控制的策略上，如何建立起兩者相互之間的協(xié)調(diào)控制機制，是本系統(tǒng)開發(fā)中所要解決的主要問題。本系統(tǒng)的G代碼程序采用宏變量編程的循環(huán)體系結構，G代碼程序結構如圖6所示。其中，G代碼程序對軟件磨削控制器的控制，采用了通過開發(fā)具有特殊功能的M代碼的方式來實現(xiàn)。如特殊功能代碼M103，實現(xiàn)了由G代碼程序控制軟件磨削控制器任務1的功能。其原理是:當數(shù)控系統(tǒng)的解釋器解釋到M103時，由PLC程序將全局變量R［294］置1，與此同時，軟件磨削控制器檢測到R［294］為1時，則執(zhí)行任務1的功能。而軟件磨削控制器對G代碼程序的控制，是通過實時修改G代碼程序中的宏變量指令值來實現(xiàn)的。G代碼程序中設置的宏變量，有的可控制G代碼程序的執(zhí)行流程，有的本身就是運動指令值。這樣，軟件磨削控制器在修改宏變量時，便實現(xiàn)了對G代碼程序執(zhí)行流程的控制，以及對加工參數(shù)的調(diào)整。如宏變量#119，為磨削完成標志宏變量指令，當軟件磨削控制器測量到鋸片厚度值與鋸片標準厚度之差在公差允許范圍時，則實時修改#119的值為零，與此同時，當G代碼執(zhí)行到由#119的值為條件判斷磨削加工循環(huán)是否結束的程序段時，由于#119已為零，則自動退出磨削循環(huán)加工，實現(xiàn)了磨削流程的控制。又如宏變量#115，為磨削初始點坐標值ZP1宏變量，此值由軟件磨削控制器執(zhí)行任務1后計算并修改。

　　2.2 磨削控制器對G代碼程序的實時控制技術

　　在磨削循環(huán)過程中，如何實現(xiàn)軟件磨削控制器對G代碼程序控制的實時性，是本系統(tǒng)開發(fā)中所要解決的又一關鍵問題。如圖6所示，當G代碼在執(zhí)行程序段N120時，由于解釋器超前解釋的特性，可能已完成了對程序段N160或其以后程序段的解釋工作，這樣就會將諸如#115、#119等宏變量的當前值讀入緩沖區(qū)(此值一經(jīng)讀入便無法修改)，而這些當前值并非磨削控制器執(zhí)行完任務1后決定的值，從而失去了由外部信息對G代碼程序控制的實時性。為此，本系統(tǒng)開發(fā)了能禁止解釋器超前解釋功能的特殊代碼M17。在G代碼程序中，可在由測量結果決定的宏變量值的程序段之前，加入M17代碼，如圖6所示。當數(shù)控系統(tǒng)解釋器解釋到M17代碼時，便停止超前解釋工作，這樣就可保證解釋器所解釋的后面程序段中的宏變量，是由前面軟件磨削控制器根據(jù)測量計算而決定和實時修改的值，實現(xiàn)了真正意義上的全閉環(huán)實時控制。

　　2.3 材料與溫度漂移解決方案

　　電渦流位移傳感器具有感應結果受材料與溫度影響的缺點。本系統(tǒng)開發(fā)了相應的校正與補償環(huán)節(jié)，以及時消除材料與溫度帶來的不良影響。對不同材料的鋸片，本系統(tǒng)提供靈活、方便的在線傳感器線性標定功能。標定方法為:將要標定的鋸片磨削出兩個光整表面，在所開發(fā)的傳感器線性標定界面中，通過按鍵分別獲得傳感器對兩個表面距離的感應值(此值為傳感器感應電壓經(jīng)A/D轉換后的數(shù)字量)，同時由用戶輸入兩個表面厚度的差值，系統(tǒng)便可自動計算出此材料的線性比例系數(shù)。

　　由于標準鋸片控制基準HS是在隨機溫度下的測量值，因此，當加工溫度變化而引起傳感器感應電壓產(chǎn)生漂移而使測量值變化時，若控制基準HS仍保持不變，勢必會導致軟件磨削控制器產(chǎn)生控制誤差。為此，設計與研究DesignandResearch本系統(tǒng)提供靈活的溫度補償功能，即提供控制基準HS的值可實時修調(diào)功能。修調(diào)方法為:在定期對磨削后的鋸片進行檢測時，一般為3～4h檢測一次，根據(jù)鋸片厚度的偏移量，在控制基準HS中及時引入一個反向的溫度修調(diào)值。由于通過對控制基準HS進行有效的溫度補償，從而消除了環(huán)境溫度對本系統(tǒng)控制精度的不良影響，確保了鋸片的尺寸精度。

3 加工數(shù)據(jù)與結果分析

　　應用全閉環(huán)鋸片磨床進行磨削加工試驗，鋸片厚度測量值如表1所示。最大厚度誤差不超過±0.015mm，滿足鋸片厚度尺寸精度±0.05mm的控制要求。

　　表1鋸片磨削厚度測量值

　　原開環(huán)控制數(shù)控磨削:單件雙面磨削時間約2min。每磨削鋸片約5～7個后，須離線測量鋸片厚度，憑經(jīng)驗修改砂輪磨損補償值或G代碼程序。在參數(shù)修改后，需對所加工的第一個鋸片進行厚度檢測，調(diào)整補償參數(shù)。為此，需占用5～10min加工時間。由于調(diào)整不及時或不準確，廢品率為2%～3%。

　　全閉環(huán)控制數(shù)控磨削:單件雙面磨削時間約2min，每工作3～4h后，才需要對鋸片厚度進行離線測量。如果需要才進行相應的鋸片控制基準HS的修調(diào)，否則繼續(xù)磨削加工。這種修調(diào)，主要是解決環(huán)境溫度變化所引起的測量、加工誤差。采用這種方法后，生產(chǎn)效率提高了30%，且有效地避免了廢品的出現(xiàn)。

4 結語

　　基于電渦流傳感器的全閉環(huán)鋸片磨削數(shù)控系統(tǒng)，通過對鋸片磨削厚度的在線實時測量，隨時進行砂輪磨損補償和準確地控制G代碼程序的執(zhí)行流程及有關參數(shù)，實現(xiàn)了磨削過程的全閉環(huán)控制。本文開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，一者提高了磨削的精度和穩(wěn)定性，二者提高了磨削效率和成品率，三者可實現(xiàn)在上一個鋸片加工的基礎上，無需對砂輪位置進行任何調(diào)整，就可以完成同規(guī)格鋸片的批量加工。