[发明专利]一种光栅刻划刀具刃磨振动控制方法

摘要

本发明公开了一种光栅刻划刀具刃磨振动控制方法，该方法针对光栅刻划刀具刃磨过程的振动控制，采用串级控制方法，内环采用PID控制算法控制步进电机移动配重向左或向右运动，控制刀具向磨盘施加的研磨载荷大小；外环采用自动搜索寻优算法控制直线电机向上或向下移动，控制刀具进给量，进而控制刃磨过程中刀具的振动，该方法实现了刀具振动在线实时控制，提高了刀具刃口表面光洁度和刃口质量及刃磨效率。

主权项

一种光栅刻划刀具刃磨振动控制方法，该方法包括以下步骤：(1)、通过调整刀具进给量和刀具向磨盘施加的研磨载荷大小进而控制刀具振动，刀具的进给量调整由进给机构完成，进给机构由直线电机、气浮导轨、连接机构和刀架组成，矩形气浮导轨因其摩擦系数极小，所以为刀具进给提供了精确导向，直线电机具有微米级进给量，满足刀具微进给要求；刀具载荷大小调整由刀具施载机构完成，刀具施载机构由固定自重端和可调配重端构成，固定自重端包括刀具摆轴、调角机构及气浮导轨；可调配重端包括配重块、丝杠、导轨及步进电机；刀具向磨盘施加的研磨载荷是由配重机构实现的，配重机构是利用杠杆原理设计的，杠杆一端为固定自重端，杠杆另一端为可调配重端，杠杆固定自重端的力臂是固定长度，刀具向磨盘上施加载荷大小的调整是由步进电机通过丝杠及导轨移动配重块，调节力臂的长度实现的，在刃磨过程中，进给机构和刀具施载机构根据机算机发出的控制命令相互协调工作，实现刀具振动的控制；(2)、针对刃磨过程刀具振动进行控制：首先对刀具振动信号进行精确测量与提取，测量刀具振动信号采用振动传感器，振动传感器安装在刀架上，采用小波包方法对采集到的振动信号进行精确提取；(3)、通过调整刀具进给量及刀具向磨盘施加的研磨载荷大小进而控制刀具振动，因此需要检测刀具与磨盘之间的相互作用力即载荷大小，采用压力传感器间接测量载荷大小，压力传感器安装在直线电机支撑端，在刀具研磨过程中，载荷大小能根据杠杆原理及压力传感器测量值通过计算得出；(4)、整个系统由计算机自动控制，刃磨过程刀具振动控制采用串级控制方法，内环采用PID控制算法，外环采用自动搜索寻优算法；内环采用PID控制算法的具体工作过程如下：压力传感器按固定的采样周期实时测量直线电机支撑端的压力值，根据压力传感器实时测量值计算得出实际载荷值，实际载荷值与给定值进行做差比较，将偏差值送至PID控制器，经PID计算后控制器将结果送至步进电机，步进电机根据控制命令带动配重块向左或向右移动，从而调整刀具向磨盘施加的研磨载荷大小；外环采用自动搜索寻优算法调整配置位置的工作过程如下：外环给定值是理想刀具振动值，振动传感器按照采样周期采集振动信号，采集的信号经过硬件滤波及软件滤波精确提取后，提取出实际刀具振动值，实际刀具振动值与给定值进行做差比较，如果偏差绝对值超出振动阀值，直接发出控制命令给刀架进行退刀操作；如果偏差绝对值小于振动阀值但大于正常值，将偏差值送给自动搜索寻优控制器，控制器发出控制命令给直线电机，先使其正转，即刀具向上移动，如果此时刀具振动在减小，继续上移，直到振动减小到误差允许范围内为止，如果正转时刀具振动在增加，立刻使其反转，即刀具向下移动，如果此时刀具振动在减小，继续下移，直到振动减小到误差允许范围内为止，通过自动搜索寻优方法调整刀具进给量，从而调整刀具振动的大小；刀具振动的调整一直进行到刀具刃磨结束，通过这样的方案保持刀具研磨过程的稳定性。