[发明专利]基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统和方法

摘要

本发明公开了一种基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统和方法，包括PCU控制器第一电机驱动信号输出端连接第一电机驱动模块信号输入端，所述PCU控制器第二电机驱动信号输出端连接第二电机驱动模块信号输入端，所述第一电机驱动模块电机工作电信号输出端连接第一伺服电机工作电源端，所述第二电机驱动模块电机工作电信号输出端连接第二伺服电机工作电源端，所述第一伺服电机通过连接轴控制第一砂带轮，所述第二伺服电机通过连接轴控制第二砂带轮，所述伺服电机根据伺服电机控制信号，进行一定频率和转速的交替正反转；同时，动力通过连接轴传递给相对应的卷轮，使卷轮进行与对应电机相同频率和转速的交替正反转，实现收卷或放卷动作。

主权项

一种基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统，其特征在于，包括：PCU控制器、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一伺服电机、第二伺服电机，PCU控制器第一电机驱动信号输出端连接第一电机驱动模块信号输入端，所述PCU控制器第二电机驱动信号输出端连接第二电机驱动模块信号输入端，所述第一电机驱动模块电机工作电信号输出端连接第一伺服电机工作电源端，所述第二电机驱动模块电机工作电信号输出端连接第二伺服电机工作电源端，所述第一伺服电机通过连接轴控制第一砂带轮，所述第二伺服电机通过连接轴控制第二砂带轮，所述PCU控制器接收输入设备输入的初始工作参数，接收第一电机驱动模块和第二电机驱动模块反馈的反馈数据，处理后生成伺服电机控制信号，将伺服电机控制信号发送给第一电机驱动模块和第二电机驱动模块；所述伺服电机根据伺服电机控制信号，进行一定频率和转速的交替正反转；同时，动力通过连接轴传递给第一砂带轮或第二砂带轮，使第一砂带轮或第二砂带轮进行与对应电机相同频率和转速的交替正反转，实现收卷或放卷动作；所述的基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统的控制方法包括：S1，设置初始工作参数，PCU控制器获取所设置的初始工作参数，由PCU控制器判断所设置的初始工作参数是否符合砂带研磨控制系统所预设的阈值范围，如果不符合预设的阈值范围，进行报警；S1‑1，预设如下初始数据，砂带卷在第一砂带轮上的初始缠绕半径R6、第二砂带轮上的初始半径R5、第二砂带轮轮毂半径R、单层砂带厚度δ、单次更新砂带长度和单次使用砂带长度ΔL、单段砂带往复研磨次数M和砂带的线速度vs；S1‑2，PCU控制器对上述初始数据进行判断，如超出所设置的加工参数阈值范围，则不开始工作并提示重新输入参数或者报警；如果判断所输入的初始数据未超出所设置的加工参数阈值范围，则开始往复研磨加工动作；S2，如果符合预设的阈值范围，PCU控制器发送信号给第一电机驱动模块和第二电机驱动模块进行转动操作，所述第一电机驱动模块带动第一伺服电机进行研磨操作，所述第二电机驱动模块带动第二伺服电机进行研磨操作，所述第一伺服电机和第二伺服电机转动方向相同，每一次PCU控制器进行砂带轮研磨过程中，对该次研磨过程中的参数进行记录，获取研磨参数数据库；S3，所述PCU控制器通过输出控制信号，根据研磨参数数据库的数据信息和控制算法，控制所述第一伺服电机带动的第一砂带轮和第二伺服电机带动的第二砂带轮保持砂带线的速度相同；S4，砂带更新动作：在研磨过程中，PCU控制器对研磨加工次数进行计数，当研磨加工次数达到单段砂带往复研磨次数M时，进行砂带更新动作；PCU控制器计算出砂带更新时伺服电机的转速及位置，生成本次砂带更新动作的伺服电机控制信号，并将控制信号输出，控制伺服电机动作，同时接收伺服电机的位置反馈信号，并对伺服电机的位置进行判断，当PCU控制器接收到伺服电机的位置与设定的位置相同时，砂带更新完成，PCU控制器进行更新次数的计数，并与设计更新次数N进行比较，如果已更新砂带的次数小于等于设计更新次数，则对第一砂带轮和第二砂带轮的半径进行更新，进入研磨加工动作流程；如果已更新砂带的次数大于设计更新次数，则进行最后一次往复研磨过程，往复研磨过程结束后结束加工，并发出更换砂带卷信号；砂带更新时伺服电机转动的转速、电机主轴转过的角度由以下公式进行计算：S4‑1，第i次更新时第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷，相当于第二砂带轮在第i个往复循环中结束第M次往复研磨后，又进行了一次收卷动作，因此，L1由(i‑1)ΔL变为i·ΔL，在这个过程中：伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速：n5,i,M+1＝n1,i,M，转过的角度，Δθ5,i,M+1＝Δθ1,i,M，式中，n5,i,M+1为在第i次更新时伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速，n1,i,M为在第i个往复研磨循环第M次往复研磨过程中第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速，Δθ5,i,M+1是第二伺服电机驱动第二砂带轮完成第i次更新中收卷过程时转过的相对角度，Δθ1,i,M是第i个往复研磨循环第M次往复研磨过程中第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷时转过的相对角度，L1为第二砂带轮上缠绕的砂带长度，单次更新砂带长度和单次使用砂带长度ΔL，下标i代表的是第i个砂带往复磨削循环，0＜i≤N；根据上述式子计算出伺服电机的转速和转动的角度，PCU控制器将伺服电机的转角信号转换成位置信号；S4‑2，更新时第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷：第i次更新时第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷，相当于第一砂带轮在第i个往复循环过程中结束第M次往复研磨后，又进行了一次放卷动作，因此，L3由L‑(i‑1)·ΔL变为L‑i·ΔL，在这个过程中：n6,i,M+1＝n3,i,M，转过的角度，Δθ6,i,M+1＝Δθ3,i,M，式中，n6,i,j为在第i次更新时第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷时的转速，n3,i,M在第i个往复研磨循环第M次研磨过程中第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷时的转速，Δθ6,i,M+1是第一伺服电机驱动第一砂带轮完成第i次更新中放卷过程时转过的相对角度，Δθ3,i,M是第一伺服电机驱动第一砂带轮完成第i个往复研磨循环第M次往复研磨中放卷过程时转过的相对角度；根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转动的角度，PCU控制器将第一伺服电机的转角信号转换成位置信号；PCU控制器通过运行反馈参数和预输入参数，判断砂带更新动作完成后，继续控制伺服电机做前述往复磨削形式的研磨运动，直到运行反馈参数和预输入参数在PCU中的运算结果满足下一次砂带更新的触发条件；由此，PCU控制器通过驱动模块，实时控制伺服电机，不断交替进行满足预设参数条件的研磨运动与砂带更新动作；PCU控制器通过运行反馈参数和预输入参数，判断缠绕在第一砂带轮上的砂带卷已用完，并在完成最后一次研磨运动后，通过第一电机驱动模块和第二电机驱动模块向伺服电机发出停止动作的信号，加工停止，并输出需更换砂带卷的信息；PCU控制器通过反馈信号判断单次研磨结束后，控制伺服电机反转，完成一次反向单次研磨；在进行砂带更新动作前，正反向研磨动作循环进行，形成了对被加工工件表面以一定频率不断反复的磨削运动；此过程中，数控系统对电机正反转次数、加工时间和电器元件动作次数的运行参数不断向PCU控制器反馈，形成半闭环控制。