基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制 系统和方法。
【背景技术】
[0002] 随着CAD/CAM技术的快速发展，复杂形状零件的加工方法逐渐倍受国内外的关 注，尤其在航空航天、船舶、汽车和国防等领域中，许多核心零件都具有复杂的曲面。由于复 杂曲面不能由初等解析曲面组成，因此复杂形状零件的复杂曲面的高效和高质量加工一直 是国内外制造领域中的难题。
[0003] 砂带磨削技术是利用砂带，按照待加工工件的要求，在一定的机械装置上，以相应 的接触方式，并在一定的压力作用下，使高速运转着的砂带与工件表面接触，将工件加工表 面的余量逐渐磨除或抛磨光滑的工艺。随着砂带磨削技术和装置的快速发展，砂带研磨机 床已经发展为一种加工效率高、适应性强、应用范围广、使用成本低、操作安全方便的精加 工设备。特别是对于加工如航空发动机叶片等具有复杂曲面的薄壁结构件，小尺寸的复杂 型面、面间接合部位的研磨加工，其优势尤为明显。
[0004] 目前国内复杂曲面的砂带研磨加工多为手工操作，该方法的劳动强度大，生产效 率低，产品的质量没有保障。为了实现砂带磨削技术在复杂曲面加工的广泛应用，相关技术 研宄中心对精密砂带研磨特性、曲轴连杆颈砂带随动研磨、船用螺旋桨叶片和航空发动机 叶片砂带磨削做了相关研宄。此外，吉林大学对自由曲面砂带研磨、叶片双面砂带磨削工艺 进行了相关探索，华中科技大学也对轮毂复杂曲面砂带磨削进行了相关研宄。
[0005] 但是，上述研宄的成果尚未形成很好的砂带研磨装置以应对以航空发动机叶片为 代表的复杂表面异形结构工件的研磨加工，国内也尚未应用能加工此类工件的专用砂带研 磨装置，对于航空发动机叶片纵向磨削从而改善其疲劳强度等力学性能的需求还无法满 足。从更大的范围来看，对于一些特殊的零件，在加工时不能快速旋转又不能用高速运动的 刀具进行磨削时，现阶段只能进行低效率的手工打磨。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于阿 基米德螺旋线的砂带研磨控制系统和方法。
[0007] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于阿基米德螺旋线的砂带研磨 控制系统，其关键在于，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，
[0008] P⑶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，
[0009] 所述PCU控制器接收输入设备输入的初始数据，接收双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双电机驱动模块；
[0010] 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。
[0011] 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，优选的，包括：
[0012] S1，设置初始工作参数，P⑶控制器获取所设置的初始工作参数，由rcu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；
[0013] S2,如果符合预设的阈值范围，P⑶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；
[0014] 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。
[0015] 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，优选的，所述S1包 括：
[0016] 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、第一砂带轮轮毂半径R、单层砂带厚度S、单次更新砂带长度和单次使用 砂带长度△L、单段砂带往复研磨次数M和砂带的线速度vs;
[0017] Sl-2,P⑶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。
[0018] 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，优选的，所述S2包 括：
[0019] 当第一伺服电机进行正转时，对应的第一砂带轮进行放卷动作；
[0020] 第二伺服电机以相同的转向转动，对应的第二砂带轮进行收卷动作；
[0021] 第一伺服电机和第二伺服电机的转速由P⑶控制器输出的控制信号命令控制。
[0022] 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，优选的，所述S3包 括：
[0023] S3-1，第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速
[0024] 当L# (i-1)AL变为i?AL时，
[0026] . ^R+ae
[0027] 0u，」由下面式子确定，
[0029] 转过的角度，
[0030] A 0山=0'以，厂0'u-u，
[0031] 0 'w和0 ' 由下列式子决定，
[0033] L' 1；i；J= i ? AL,
[0034] 式中，Q为第二砂带轮上缠绕的砂带长度，其初始值为0,n 为在第i个往复研 磨循环第j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，vs为砂带的线 速度，为在第i个往复研磨循环第j次往复研磨过程中第二伺服电机驱动第二砂带轮 收卷时的半径，9 是第二砂带轮电机主轴在第i个往复研磨循环第j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总转角，9 ' 是第二伺服电机驱动第二砂带轮完 成第i个往复研磨循环第j次往复研磨中收卷过程时的总转角，△ 9i^是第i个往复研 磨循环第j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，1^是 第二砂带轮上缠绕的砂带总长度，L' 是第二伺服电机驱动第二砂带轮完成第i个往复 研磨循环第j次往复研磨中收卷过程时第二砂带轮上缠绕的砂带总长度；
[0035] S3-2在研磨加工动作中，i代表的是第i个砂带往复磨削循环，0 <i<N;j代表 的是一个往复研磨循环过程过程中第j次往复研磨，〇 <j<M，Q的初始值为0,其中N为 砂带更新次数；
[0036] 根据上述计算出第二伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将第二伺服电机 的转角信号转换成位置信号。
[0037] 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，优选的，所述S3还 包括：
[0038] S3-3,第二伺服电机驱动第二砂带轮放卷时的转速，
[0039] 当 1^由i?AL变为（i-1) ?AL时，
[0041] R2，i，j= R+a0 2，i，j，
[0042]02，i，j由下面式子确定，
[0044] 转过的角度，
[0045] A 02i J=-A 0山，
[0046] 式中，n2^_为在第i个往复研磨循环第j次往复研磨过程中第二伺服电机驱动第 二砂带轮放卷时的转速，为在第i个往复研磨循环第j次往复研磨过程中第二伺服电 机驱动第二砂带轮放卷时的半径，0 2^是第i个往复研磨循环第j次往复研磨过程中第二 伺服电机驱动第二砂带轮放卷时的转角，A02&是第二伺服电机驱动第二砂带轮完成第i 个往复研磨循环第j次往复研磨中放卷过程时转过的相对角度；
[0047] 根据上述式子计算出第二伺服电机的转速和转过的角度，P⑶控制器将第二伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0048] 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，优选的，所述S3还 包括：
[0049]S3-4,第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷时的转速，
[0050]当L3由L-(i-l) ?AL变为L_i?AL时，
[0052] R3=R6+a03,
[00