基于电涡流传感器的全闭环锯片磨床数控系统开发

全闭环锯片磨削系统对磨削加工过程的控制选择G代码程序控制方式。不过，由于在磨削加工过程中，磨削工序类型、加工参数和磨削工艺流程，均由锯片厚度的测量值实时决定，而标准的G代码程序不具备从数控系统外部I/O接口获取测量数据的能力，为此，必须对数控装置的系统软件进行相应的开发，创建一个软件磨削控制器。软件磨削控制器主要实现对来自数控系统外部I/O接口的测量数据的采样计算，并将计算信息实时传递给G代码程序，从而实现由锯片厚度测量值实时控制磨削加工过程的控制思想。由此可见，全闭环锯片磨削加工的控制策略是利用G代码程序和软件磨削控制器相互协调运行，共同完成对磨削加工过程的控制。本系统中，G代码程序与软件磨削控制器的执行采用并行运行方式，其控制的主要原理是:每当G代码程序执行到特定位置时，如图中砂轮由X轴从中心向外退回到与传感器测量头安装位置A点对称的B点位置时(图1)，由G代码程序激活软件磨削控制器，再由软件磨削控制器启动测量系统，对锯片厚度进行采样计算。磨削控制器根据本次测量值，进行一系列的判断，如毛坯是否满足正常磨削条件、磨削加工是否结束等;若加工尚未结束，则确定下一次磨削循环的磨削工序类型，并通过前后两次磨削循环后的测量值，确定本次磨削循环的实际磨削量Δ′Z，按式(1)计算出本次磨削循环的磨削误差δZ和砂轮的磨损量ΔR;并以误差实时补偿原则，按式(2)计算出下一次磨削循环的理论磨削量Δ*Z(即G代码Z轴指令值)和确定磨削速度;最后，将本次判断和计算信息传递给G代码，最终通过G代码程序实现对磨削过程的直接控制。

由于本系统通过实时测量能反映砂轮Z轴实际进给值的实际磨削量Δ′Z，并对砂轮Z轴理论进给量Δ*Z进行实时修正，直到砂轮实际Z轴总进给量等于理论总进给量时，才结束磨削加工。因此，实现了砂轮Z轴的全闭环控制，确保了锯片厚度的加工精度。同时，由于砂轮磨损量的实时补偿，减少了磨削循环次数，提高了生产效率。

　　1.3 全闭环锯片磨削加工的控制流程

为了便于控制，本系统将全闭环磨削过程分为三个控制工艺阶段，一是砂轮从起刀点P0快速、准确地运动到磨削初始点P1;二是砂轮以相同的路径进行粗磨、精磨和光磨的磨削循环加工;三是砂轮快速、准确地回到起刀点P0。在设计G代码程序的流程时，除实现以上三个工艺阶段的运动控制外，同时考虑到节约系统资源，软件磨削控制器只在执行到特定G代码时才被创建并激活，以执行相应的任务，因此，G代码程序还承担控制软件磨削控制器的任务。综合考虑，本系统的G代码程序流程如图3所示。

同样，由于G代码程序的执行流程和指令值取决于软件磨削控制器实时采样计算结果，因此，软件磨削控制器反过来又要控制G代码程序。考虑到在不同的磨削控制工艺阶段，软件磨削控制器所完成的功能不同，将其划分为两个任务。任务1主要完成第一个控制工艺阶段中的功能，即对锯片毛坯厚度的采样计算和判断，并将计算信息传递给G代码程序。任务1控制流程如图4所示。任务2主要完成第二个和第三个控制工艺阶段中的功能，即在磨削循环过程中每次对锯片厚度进行采样计算，并将信息传递给G代码程序。除此之外，当锯片厚度满足尺寸要求时，任务2中还应按式(3)计算出砂轮回到起刀点P0时其中心的坐标值Z(N+1)P0(由于砂轮磨损，此值与磨削前的坐标值不相等);同时及时保存此时锯片厚度的测量值HNend和砂轮中心的Z轴坐标值ZNend，用于在下一个锯片磨削加工时，软件磨削控制器在任务1中，按式(4)进行毛坯磨削起始点坐标值Z(N+1)P1的计算。这样，便实现了无需作任何调整就能自动完成批量生产的要求。任务2控制流程如图5所示。

1.4 全闭环锯片磨削控制基准的建立

由于本系统的测量值是锯片表面到测量头的距离，而并非锯片的厚度，因此，必须建立测量值与锯片厚度之间的尺寸链关系，以及通过测量值来控制磨削工序类型的一系列基准。根据锯片磨削有粗、精和光磨三道工序，本系统建立了标准锯片控制基准HS、光磨工序控制基准Hg和精磨工序控制基准Hj，如图1所示。它们分别对应于标准锯片厚度、进入光磨工序锯片的理论厚度和进入精磨工序锯片的理论厚度时测量系统的理论测量值。标准锯片控制基准HS是通过事先加工一个满足尺寸要求的标准锯片，对其进行在线测量而获得的测量值。这样，根据HS和用户所设定的各工序加工余量，软件磨削控制器便可自动计算出光磨工序控制基准Hg和精磨工序控制基准Hj(各控制基准间尺寸关系如图1所示)。在磨削加工控制过程