基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统和方法
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 53] 9 3由下面式子确定，
[0055] 转过的角度，
[0056] 八Q3，i，j-日 3，i，厂 9ihj，
[0057]0 '3乂」和0 ' 由下列式子决定，
[0059]L'3'込』=L_i?AL，
[0060] 式中，L为第一砂带轮上的初始砂带长度，L3为第一砂带轮上缠绕的砂带长度，初 始值为L，n3^_为在第i个往复研磨循环第j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，vs为砂带的线速度，R3为第一砂带轮上砂带缠绕的半径，0 3为第一砂带轮 上砂带缠绕的角度，0 ' 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j 次往复研磨中放卷过程时的转角，A03&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j次往复研磨中放卷过程时转过的相对角度，L3是第一砂带轮上缠绕的砂带 总长度，L' 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j次往复研磨 中放卷结束时第一砂带轮上缠绕的砂带总长度；
[0061] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，P⑶控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0062] 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：
[0063]S3-5,第一伺服电机驱动第一砂带轮收卷时的转速：
[0064]当L3由L_i?AL变为L-(i_l) ?AL时，
[0066] R4iJ=R+a04，
[0067] 94由下面式子确定，
[0069] 转过的角度，
[0070] A 04i J=-A 0 3i J，
[0071] 式中，n4，u为在第i个往复研磨循环过程中第j次往复研磨研磨时第一伺服电机 驱动第一砂带轮收卷时的转速，vs为砂带的线速度，△ 0 4>i，j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j次往复研磨中收卷过程时转过的相对角度。
[0072] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，P⑶控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0073] 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，还包括：
[0074]S4,砂带更新动作：在研磨过程中，P⑶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。
[0075] 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S4还 包括：
[0076] 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：
[0077]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，1^由（i-1)AL变为 i?AL，在这个过程中：
[0078] 伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速：
[0079] i；M+1 - n1；i；M,
[0080] 转过的角度，
[0081] ^ ^ 5, i,M+l - A 9 l,i,M，
[0082] 式中，％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，A05，iM+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。
[0083] 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。
[0084]S4-2,更新时第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷：
[0085] 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，1^由L-(i-l) ?AL变 为L-i?AL，在这个过程中：
[0086] i；M+1 - n hm，
[0087] 转过的角度，
[0088] ^ ? 6, i,M+l - A 9 3,i,M，
[0089] 式中，n6^_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， A0 4^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。
[0090] 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。
[0091] 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。
[0092] 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。
[0093] P⑶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，通过双电机驱动模块S120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。
[0094] 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 件动作次数等运行参数不断向PCU控制器反馈，形成半闭环控制。
[0095] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0096] 本数控砂带研磨装置可安装于数控磨削机床上，用于加工具有复杂表面的异形结 构的工件，能够满足工件在不快速旋转，砂带没有较高的切削速度的条件下的加工要求；本 发明通过磨头控制系统，依据预输入的研磨参数、加工参数，结合往复抛磨次数、砂带更新 次数等反馈的加工运行参数，实现闭环控制，确保在研磨运动由两卷轮交替驱动且砂带卷 半径不断变化的情况下，保持往复研磨过程中砂带速度的恒定，并按设定长度自动更新研 磨带。张紧轮将砂带张紧，在研磨过程中，由于收带速度和放带速度相等，因此保证了张紧 力的恒定。
[0097] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0098] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0099] 图1是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制方法流程图；
[0100] 图2是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制方法流程图；
[0101] 图3是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统示意图；
[0102] 图4是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制装置示意图。
【具体实施方式】
[0103] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0104] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。
[0105] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语"安装"、"相连"、 "连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据 具体情况理解上述术语的具体含义。
[0106] 参见图1、图2、图3和图4、数控系统采用西门子的SINUMERIKD425数控系统。数 控系统包括P⑶控制器（Panelcontrolunit)、双电机驱动模块、 电源模块及NC键盘、电子 手轮和控制面板。双电机驱动模块采用西门子的S120型；伺服电机采用西门子的1FK7型， 电源模块为整个系统供电。
[0107]P⑶控制器的高速驱动接口XI连接至双电机驱动模块的X200接口，接口X2连接 至双电机驱动模块的X201接口，P⑶控制器的键盘接口X9连接至NC键盘，P⑶控制器的手 轮接口X30连接至电子手轮，P⑶控制器的X5接口连接至计算机。双电机驱动模块的X202 接口连接至编码器，双电机驱动模块的U、V、W接口连接至伺服电机的三相输入接口。
[0108]PCU控制器接收输入设备输入的初始数据和反馈数据，对初始数据和反馈数据进 行处理及运算。生成本次研磨加工的伺服电机控制信号，发送给双电机驱动模块。
[0109] 双电机驱动模块将PCU控制器的弱电控制信号转变为具有驱动能力的强电控制 信号，并输出给伺服电机，控制伺服电机动作。在伺服电机的转子上安装有编码器，该编码 器采集伺服电机的转动信号（伺服电机的位置和速度），并将该采集到的电机转动信号发 送给双电机驱动模块，由双电机驱动模块反馈给P⑶控制器。
[0110] 伺服电机根据伺服电机控制信号，进行一定频率和速率的交替正反转；两个伺服 电机交替正反转同步，且转向保持一致。
[0111] 伺服电机产生的动力通过连接轴输出给对应的卷轮，当第一伺服电机13进行正 转时（定义顺时针转动为正转方向），对应的第一砂带轮2进行放卷动作。同时，第二伺服 电机15以相同的转向转动，对应的第二砂带轮3进行收卷动作。伺服电机的转速由数控系 统输出的控制信号命令控制，以保证第二砂带轮和第一砂带轮输出端的砂带线速度相同。
[0112] 参见图3 :现在以第一、二伺服电机（13、15)正向转动（规定顺时针转动为正向转 动方向）开始为例说明本发明研磨装置的工作过程，其包括如下流程：
[0113] 输入初始数据：通过输入设备将初始数据输入PCU控制器，初始数据包括：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AL、单段砂带往复研磨次数M和 砂带的线速度vs;
[0114]PCU控制器对上述初始数据的的合理性进行判断，如不合理或超出所设置的加工 参数范围，则不开始工作并提示重新输入参数；如果判断出所输入的初始数据合理，则开始 往复研磨加工动作；
[0115] 往复研磨加工动作：PCU控制器根据初始数据或反馈数据计算出本次研磨加工伺 服电机控制信号，并将控制信号输出，控制伺服电机动作，同时进行研磨加工次数的计数； 伺服电机控制信号包括伺服电机的正反转、转速和位置。
[0116] 首先伺服电机先根据以下公式计算出第一砂带轮上的初始砂带长度L、初始卷过 的角度和砂带更新次数N:
[0121] 式中，
是取整的意思。
[0122] 伺服电机的转速和转角通过如下公式计算：
[0123] (1)第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速
[0124]当L# (i-1)AL变为i?AL时，
[0126] R1;i;J=R+a0
[0127] 0 由下面式子确定，
[0129] 转过的角度，
[0130] A 0山=0'以，厂0'u-u，
[0131] 0 'u，，9 ' 由下列式子决定，
[0133]L' 1； i；j=i?AL,
[0134] 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。
[0135] 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，U的初始值为0。
[0136] 根据上述式子计算出第二伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将伺服电机 的转角信号转换成位置信号。
[0137] (2)第二伺服电机驱动第二砂带轮放卷时的转速：
[0138]当 1^由i?AL变为（i-1) ?AL时，
[0140] R2，i，j=R+a0 2，i，j，
[0141] Q由下面式子确定，
[0143] 转过的角度，
[0144] A 0 2，i;j= - A 0 uj，
[0145] 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。
[0146] 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。
[0147] (3)第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷时的转速：
[0148]当L#L-(i_l) ?AL变为L-i?AL时，
[0150]R3=R6+a9 3，
[0151]93由下面式子确定，
[0153] 转过的角度，
[0154]八Q 3，i，j-日3，i，厂9 ihj，
[0155]0 '3乂」和0 ' 由下列式子决定，
[0157] L'3'込』=L_i ? A L，
[0158] 式中，L3为第一砂带轮上缠绕的砂带长度，初始值为L，n为在第i个往复研磨 循环第j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，vs为砂带的线速度，R3为第一砂带轮上砂带缠绕的半径，9 3为第一砂带轮上砂带缠绕的角度，9 ' 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j次往复研磨中放卷过程时的转角， A0 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j次往复研磨中放卷 过程时转过的相对角度，1^是第一砂带轮上缠绕的砂带总长度，L' 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j次往复研磨中放卷结束时第一砂带轮上缠绕的砂 带总长度。
[0159] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0160] (4)第一伺服电机驱动第一砂带轮收卷时的转速：
[0161]当L3由L-i?AL变为L-(i-l) ?AL时，
[0163] 1^4」，』=R+a94，
[0164] 94由下面式子确定，
[0166] 转过的角度，
[0167]A04iJ=-A03iJ，
[0168] 式中，n4^_为在第i个往复研磨循环过程中第j次往复研磨研磨时第一伺服电机 驱动第一砂带轮收卷时的转速，vs为砂带的线速度，△ 04>i，j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j次往复研磨中收卷过程时转过的相对角度。
[0169] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0170] 砂带更新动作：在研磨过程中，P⑶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；
[0171] 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：
[0172] 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，1^由（i-1)AL变为 i?AL，在这个过程中：
[0173] 伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速：
[0174] n5;i，M+1=n1;i，M，
[0175] 转过的角度，
[0176] ^ ^ 5, i,M+l - A 9 l,i,M，
[0177] 式中，％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，A05，iM+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。
[0178] 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。
[0179] 2)更新时第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷：
[0180]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，1^由L-(i-l) ?AL变 为L-i?AL，在这个过程中：
[0181] i；M+1-n3；
[0182] 转过的角度，
[0183] ^ ^6, i,M+l -A93,i,M，
[0184] 式中，n6^_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， A0 4^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。
[0185] 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。
[0186]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。
[0187] 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。
[0188]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，通过双电机驱动模块S120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。
[0189]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 件动作次数等运行参数不断向PCU控制器反馈，形成半闭环控制。
[0190] 根据初始输入参数和加工反馈参数，PCU控制器可以判断砂带是否需要更新。如 不需，则控制器继续发出研磨加工的信号，控制第一、第二伺服电机继续执行研磨加工的动 作；否则，PCU控制器依据上述参数，经控制算法运算得到此次更新砂带所需控制参数，并 将控制信号经S120双电机驱动模块输出，控制第一、二伺服电机进行砂带更新动作。具体 体现为：如图1，第一伺服电机通过连接轴将动力传递第一砂带轮，从而驱动第一砂带轮做 放卷动作。第二伺服电机通过连接轴将动力传递第二砂带轮，从而驱动第一砂带轮做收卷 动作，进而实现砂带更新功能。此步骤中，第一、二伺服电机驱动第一、二砂带轮旋转的角度 依据控制器中的初始输入数据和运行反馈参数，通过控制算法运算得出，能够保证带卷缠 绕半径不断变化情况下，释放出设定长度的砂带。
[0191]砂带更新动作完成后，802DsiP⑶控制器继续控制1FK7伺服电机22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控制器中的运算结果满足下一次 砂带更新的触发条件。
[0192] 上述动作反复进行，直到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S120双电机驱动模 块分别向第一、二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。
[0193] 加工时，工件由夹具夹持，位于接触轮的下方，由于本发明是安装在六个自由度的 机床上，通过六轴联动的控制方式，从而实现对航空发动机叶片等具有复杂曲面结构工件 型面和其他部位如叶片的根部、曲面的边缘等的加工，同时在适合的进给参数条件下能够 实现普通磨削机床在加工此类工件中不易实现的纵向磨削。
[0194] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0195] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 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； 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。2. 根据权利要求1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，其特 征在于，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； 52, 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； 53, 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。3. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述Sl包括： 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δ、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; Sl-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。4. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S2包括： 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； 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； 第一伺服电机和第二伺服电机的转速由PCU控制器输出的控制信号命令控制。5. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3包括： S3-1，第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速 当 L# (i-1) AL 变为 i · AL 时，R1；i；J= R+a9 Θ 由下面式子确定，转过的角度， Δ θ l，i，j= θ ' l，i，j_ θ ' l，i-l，j， θ ' 和θ' 由下列式子决定，L' 1；i；J= i · Δ L, 式中，L1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， R1^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，Θ 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，Θ ' 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，Δ Θ 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； 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 < MA1的初始值为0,其中N为砂带 更新次数； 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。6.根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3还包括： S3-3,第二伺服电机驱动第二砂带轮放卷时的转速， 当 L1* i · AL 变为（i-1) · AL 时，尺2, i, j - R+a 9 2, i, j， θ 2,i, j由下面式子确定，转过的角度， 八 θ 2，i，j= _ 八 θ l，i，j， 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，R2^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，Θ 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，Δ θ2&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； 根据上述式子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。7. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3还包括： S3-4,第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷时的转速， 当 1^由 L-(i-l) · AL 变为 L-i · AL 时，R3= R6+a Θ 3， Θ 3由下面式子确定，转过的角度， Δ θ 3，i，j= θ 3，i，厂 θ 3，i-l，j， 0'3&和0'3#，」由下列式子决定，L，3 i J·= L_i · Δ L， 式中，L为第一砂带轮上的初始砂带长度，L3为第一砂带轮上缠绕的砂带长度，初始值 为L，n3^_为在第i个往复研磨循环第j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，Vs为砂带的线速度，R3为第一砂带轮上砂带缠绕的半径，Θ 3为第一砂带轮上砂 带缠绕的角度，Θ ' 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j次往 复研磨中放卷过程时的转角，Δ θ3&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j次往复研磨中放卷过程时转过的相对角度，L3是第一砂带轮上缠绕的砂带总长 度，L' 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j次往复研磨中放 卷结束时第一砂带轮上缠绕的砂带总长度； 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将第一伺服电机 的转角信号转换成位置信号。8. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3还包括： 53- 5,第一伺服电机驱动第一砂带轮收卷时的转速： 当 L3由 L-i · AL 变为 L-(i-l) · AL 时，Rw= R+a Θ 4， Θ 4由下面式子确定，转过的角度， 八 θ 4，i，j= _ 八 θ 3，i，j， 式中，n4^为在第i个往复研磨循环过程中第j次往复研磨研磨时第一伺服电机驱动 第一砂带轮收卷时的转速，Vs为砂带的线速度，△ Θ 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j次往复研磨中收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过的角度，PCU控制器将第一伺服电机 的转角信号转换成位置信号。9. 根据权利要求2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，其特 征在于，还包括： 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。10. 根据权利要求9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，其 特征在于，所述S4还包括： 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： 54- 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* (i-1) AL变为i *AL， 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+l _ n l，i，M? 转过的角度， ^ ^ 5, i,M+l - ^ ^ I, IjMj 式中，n5AM+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，△ θ5&1+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。 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*L-(i-l) · AL变为 L-i · AL，在这个过程中： n6，i，M+l _ n 3，i，M? 转过的角度， ^ ^ 6, i,M+l - 式中，n6^_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，Λ Θ 4&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。 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，通过双电机驱动模块S120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 作次数等运行参数不断向PCU控制器反馈，形成半闭环控制。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G05B19/409
【公开号】CN104898569
【申请号】CN201510221386
【发明人】黄云, 赵浩岑, 杨俊峰, 肖贵坚, 张美 , 罗小龙, 李平, 伊浩
【申请人】重庆大学, 重庆三磨海达磨床有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
【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 53] 9 3由下面式子确定，
[0055] 转过的角度，
[0056] 八Q3，i，j-日 3，i，厂 9ihj，
[0057]0 '3乂」和0 ' 由下列式子决定，
[0059]L'3'込』=L_i?AL，
[0060] 式中，L为第一砂带轮上的初始砂带长度，L3为第一砂带轮上缠绕的砂带长度，初 始值为L，n3^_为在第i个往复研磨循环第j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，vs为砂带的线速度，R3为第一砂带轮上砂带缠绕的半径，0 3为第一砂带轮 上砂带缠绕的角度，0 ' 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j 次往复研磨中放卷过程时的转角，A03&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j次往复研磨中放卷过程时转过的相对角度，L3是第一砂带轮上缠绕的砂带 总长度，L' 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j次往复研磨 中放卷结束时第一砂带轮上缠绕的砂带总长度；
[0061] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，P⑶控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0062] 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：
[0063]S3-5,第一伺服电机驱动第一砂带轮收卷时的转速：
[0064]当L3由L_i?AL变为L-(i_l) ?AL时，
[0066] R4iJ=R+a04，
[0067] 94由下面式子确定，
[0069] 转过的角度，
[0070] A 04i J=-A 0 3i J，
[0071] 式中，n4，u为在第i个往复研磨循环过程中第j次往复研磨研磨时第一伺服电机 驱动第一砂带轮收卷时的转速，vs为砂带的线速度，△ 0 4>i，j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j次往复研磨中收卷过程时转过的相对角度。
[0072] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，P⑶控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0073] 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，还包括：
[0074]S4,砂带更新动作：在研磨过程中，P⑶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。
[0075] 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S4还 包括：
[0076] 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：
[0077]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，1^由（i-1)AL变为 i?AL，在这个过程中：
[0078] 伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速：
[0079] i；M+1 - n1；i；M,
[0080] 转过的角度，
[0081] ^ ^ 5, i,M+l - A 9 l,i,M，
[0082] 式中，％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，A05，iM+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。
[0083] 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。
[0084]S4-2,更新时第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷：
[0085] 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，1^由L-(i-l) ?AL变 为L-i?AL，在这个过程中：
[0086] i；M+1 - n hm，
[0087] 转过的角度，
[0088] ^ ? 6, i,M+l - A 9 3,i,M，
[0089] 式中，n6^_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， A0 4^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。
[0090] 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。
[0091] 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。
[0092] 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。
[0093] P⑶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，通过双电机驱动模块S120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。
[0094] 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 件动作次数等运行参数不断向PCU控制器反馈，形成半闭环控制。
[0095] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0096] 本数控砂带研磨装置可安装于数控磨削机床上，用于加工具有复杂表面的异形结 构的工件，能够满足工件在不快速旋转，砂带没有较高的切削速度的条件下的加工要求；本 发明通过磨头控制系统，依据预输入的研磨参数、加工参数，结合往复抛磨次数、砂带更新 次数等反馈的加工运行参数，实现闭环控制，确保在研磨运动由两卷轮交替驱动且砂带卷 半径不断变化的情况下，保持往复研磨过程中砂带速度的恒定，并按设定长度自动更新研 磨带。张紧轮将砂带张紧，在研磨过程中，由于收带速度和放带速度相等，因此保证了张紧 力的恒定。
[0097] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0098] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0099] 图1是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制方法流程图；
[0100] 图2是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制方法流程图；
[0101] 图3是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制系统示意图；
[0102] 图4是本发明基于阿基米德螺旋线的砂带研磨控制装置示意图。
【具体实施方式】
[0103] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0104] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。
[0105] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语"安装"、"相连"、 "连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据 具体情况理解上述术语的具体含义。
[0106] 参见图1、图2、图3和图4、数控系统采用西门子的SINUMERIKD425数控系统。数 控系统包括P⑶控制器（Panelcontrolunit)、双电机驱动模块、 电源模块及NC键盘、电子 手轮和控制面板。双电机驱动模块采用西门子的S120型；伺服电机采用西门子的1FK7型， 电源模块为整个系统供电。
[0107]P⑶控制器的高速驱动接口XI连接至双电机驱动模块的X200接口，接口X2连接 至双电机驱动模块的X201接口，P⑶控制器的键盘接口X9连接至NC键盘，P⑶控制器的手 轮接口X30连接至电子手轮，P⑶控制器的X5接口连接至计算机。双电机驱动模块的X202 接口连接至编码器，双电机驱动模块的U、V、W接口连接至伺服电机的三相输入接口。
[0108]PCU控制器接收输入设备输入的初始数据和反馈数据，对初始数据和反馈数据进 行处理及运算。生成本次研磨加工的伺服电机控制信号，发送给双电机驱动模块。
[0109] 双电机驱动模块将PCU控制器的弱电控制信号转变为具有驱动能力的强电控制 信号，并输出给伺服电机，控制伺服电机动作。在伺服电机的转子上安装有编码器，该编码 器采集伺服电机的转动信号（伺服电机的位置和速度），并将该采集到的电机转动信号发 送给双电机驱动模块，由双电机驱动模块反馈给P⑶控制器。
[0110] 伺服电机根据伺服电机控制信号，进行一定频率和速率的交替正反转；两个伺服 电机交替正反转同步，且转向保持一致。
[0111] 伺服电机产生的动力通过连接轴输出给对应的卷轮，当第一伺服电机13进行正 转时（定义顺时针转动为正转方向），对应的第一砂带轮2进行放卷动作。同时，第二伺服 电机15以相同的转向转动，对应的第二砂带轮3进行收卷动作。伺服电机的转速由数控系 统输出的控制信号命令控制，以保证第二砂带轮和第一砂带轮输出端的砂带线速度相同。
[0112] 参见图3 :现在以第一、二伺服电机（13、15)正向转动（规定顺时针转动为正向转 动方向）开始为例说明本发明研磨装置的工作过程，其包括如下流程：
[0113] 输入初始数据：通过输入设备将初始数据输入PCU控制器，初始数据包括：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AL、单段砂带往复研磨次数M和 砂带的线速度vs;
[0114]PCU控制器对上述初始数据的的合理性进行判断，如不合理或超出所设置的加工 参数范围，则不开始工作并提示重新输入参数；如果判断出所输入的初始数据合理，则开始 往复研磨加工动作；
[0115] 往复研磨加工动作：PCU控制器根据初始数据或反馈数据计算出本次研磨加工伺 服电机控制信号，并将控制信号输出，控制伺服电机动作，同时进行研磨加工次数的计数； 伺服电机控制信号包括伺服电机的正反转、转速和位置。
[0116] 首先伺服电机先根据以下公式计算出第一砂带轮上的初始砂带长度L、初始卷过 的角度和砂带更新次数N:
[0121] 式中，
是取整的意思。
[0122] 伺服电机的转速和转角通过如下公式计算：
[0123] (1)第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速
[0124]当L# (i-1)AL变为i?AL时，
[0126] R1;i;J=R+a0
[0127] 0 由下面式子确定，
[0129] 转过的角度，
[0130] A 0山=0'以，厂0'u-u，
[0131] 0 'u，，9 ' 由下列式子决定，
[0133]L' 1； i；j=i?AL,
[0134] 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。
[0135] 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，U的初始值为0。
[0136] 根据上述式子计算出第二伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将伺服电机 的转角信号转换成位置信号。
[0137] (2)第二伺服电机驱动第二砂带轮放卷时的转速：
[0138]当 1^由i?AL变为（i-1) ?AL时，
[0140] R2，i，j=R+a0 2，i，j，
[0141] Q由下面式子确定，
[0143] 转过的角度，
[0144] A 0 2，i;j= - A 0 uj，
[0145] 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。
[0146] 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。
[0147] (3)第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷时的转速：
[0148]当L#L-(i_l) ?AL变为L-i?AL时，
[0150]R3=R6+a9 3，
[0151]93由下面式子确定，
[0153] 转过的角度，
[0154]八Q 3，i，j-日3，i，厂9 ihj，
[0155]0 '3乂」和0 ' 由下列式子决定，
[0157] L'3'込』=L_i ? A L，
[0158] 式中，L3为第一砂带轮上缠绕的砂带长度，初始值为L，n为在第i个往复研磨 循环第j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，vs为砂带的线速度，R3为第一砂带轮上砂带缠绕的半径，9 3为第一砂带轮上砂带缠绕的角度，9 ' 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j次往复研磨中放卷过程时的转角， A0 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j次往复研磨中放卷 过程时转过的相对角度，1^是第一砂带轮上缠绕的砂带总长度，L' 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j次往复研磨中放卷结束时第一砂带轮上缠绕的砂 带总长度。
[0159] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0160] (4)第一伺服电机驱动第一砂带轮收卷时的转速：
[0161]当L3由L-i?AL变为L-(i-l) ?AL时，
[0163] 1^4」，』=R+a94，
[0164] 94由下面式子确定，
[0166] 转过的角度，
[0167]A04iJ=-A03iJ，
[0168] 式中，n4^_为在第i个往复研磨循环过程中第j次往复研磨研磨时第一伺服电机 驱动第一砂带轮收卷时的转速，vs为砂带的线速度，△ 04>i，j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j次往复研磨中收卷过程时转过的相对角度。
[0169] 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将第一伺服 电机的转角信号转换成位置信号。
[0170] 砂带更新动作：在研磨过程中，P⑶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；
[0171] 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：
[0172] 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，1^由（i-1)AL变为 i?AL，在这个过程中：
[0173] 伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速：
[0174] n5;i，M+1=n1;i，M，
[0175] 转过的角度，
[0176] ^ ^ 5, i,M+l - A 9 l,i,M，
[0177] 式中，％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，A05，iM+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。
[0178] 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。
[0179] 2)更新时第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷：
[0180]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，1^由L-(i-l) ?AL变 为L-i?AL，在这个过程中：
[0181] i；M+1-n3；
[0182] 转过的角度，
[0183] ^ ^6, i,M+l -A93,i,M，
[0184] 式中，n6^_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， A0 4^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。
[0185] 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。
[0186]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。
[0187] 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。
[0188]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，通过双电机驱动模块S120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。
[0189]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 件动作次数等运行参数不断向PCU控制器反馈，形成半闭环控制。
[0190] 根据初始输入参数和加工反馈参数，PCU控制器可以判断砂带是否需要更新。如 不需，则控制器继续发出研磨加工的信号，控制第一、第二伺服电机继续执行研磨加工的动 作；否则，PCU控制器依据上述参数，经控制算法运算得到此次更新砂带所需控制参数，并 将控制信号经S120双电机驱动模块输出，控制第一、二伺服电机进行砂带更新动作。具体 体现为：如图1，第一伺服电机通过连接轴将动力传递第一砂带轮，从而驱动第一砂带轮做 放卷动作。第二伺服电机通过连接轴将动力传递第二砂带轮，从而驱动第一砂带轮做收卷 动作，进而实现砂带更新功能。此步骤中，第一、二伺服电机驱动第一、二砂带轮旋转的角度 依据控制器中的初始输入数据和运行反馈参数，通过控制算法运算得出，能够保证带卷缠 绕半径不断变化情况下，释放出设定长度的砂带。
[0191]砂带更新动作完成后，802DsiP⑶控制器继续控制1FK7伺服电机22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控制器中的运算结果满足下一次 砂带更新的触发条件。
[0192] 上述动作反复进行，直到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S120双电机驱动模 块分别向第一、二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。
[0193] 加工时，工件由夹具夹持，位于接触轮的下方，由于本发明是安装在六个自由度的 机床上，通过六轴联动的控制方式，从而实现对航空发动机叶片等具有复杂曲面结构工件 型面和其他部位如叶片的根部、曲面的边缘等的加工，同时在适合的进给参数条件下能够 实现普通磨削机床在加工此类工件中不易实现的纵向磨削。
[0194] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0195] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 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； 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。2. 根据权利要求1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，其特 征在于，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； 52, 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； 53, 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。3. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述Sl包括： 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δ、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; Sl-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。4. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S2包括： 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； 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； 第一伺服电机和第二伺服电机的转速由PCU控制器输出的控制信号命令控制。5. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3包括： S3-1，第二伺服电机驱动第二砂带轮收卷时的转速 当 L# (i-1) AL 变为 i · AL 时，R1；i；J= R+a9 Θ 由下面式子确定，转过的角度， Δ θ l，i，j= θ ' l，i，j_ θ ' l，i-l，j， θ ' 和θ' 由下列式子决定，L' 1；i；J= i · Δ L, 式中，L1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， R1^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，Θ 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，Θ ' 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，Δ Θ 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； 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 < MA1的初始值为0,其中N为砂带 更新次数； 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。6.根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3还包括： S3-3,第二伺服电机驱动第二砂带轮放卷时的转速， 当 L1* i · AL 变为（i-1) · AL 时，尺2, i, j - R+a 9 2, i, j， θ 2,i, j由下面式子确定，转过的角度， 八 θ 2，i，j= _ 八 θ l，i，j， 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，R2^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，Θ 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，Δ θ2&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； 根据上述式子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。7. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3还包括： S3-4,第一伺服电机驱动第一砂带轮放卷时的转速， 当 1^由 L-(i-l) · AL 变为 L-i · AL 时，R3= R6+a Θ 3， Θ 3由下面式子确定，转过的角度， Δ θ 3，i，j= θ 3，i，厂 θ 3，i-l，j， 0'3&和0'3#，」由下列式子决定，L，3 i J·= L_i · Δ L， 式中，L为第一砂带轮上的初始砂带长度，L3为第一砂带轮上缠绕的砂带长度，初始值 为L，n3^_为在第i个往复研磨循环第j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，Vs为砂带的线速度，R3为第一砂带轮上砂带缠绕的半径，Θ 3为第一砂带轮上砂 带缠绕的角度，Θ ' 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j次往 复研磨中放卷过程时的转角，Δ θ3&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j次往复研磨中放卷过程时转过的相对角度，L3是第一砂带轮上缠绕的砂带总长 度，L' 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j次往复研磨中放 卷结束时第一砂带轮上缠绕的砂带总长度； 根据上述式子计算出第一伺服电机的转速和转过的角度，PCU控制器将第一伺服电机 的转角信号转换成位置信号。8. 根据权利要求2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，其特 征在于，所述S3还包括： 53- 5,第一伺服电机驱动第一砂带轮收卷时的转速： 当 L3由 L-i · AL 变为 L-(i-l) · AL 时，Rw= R+a Θ 4， Θ 4由下面式子确定，转过的角度， 八 θ 4，i，j= _ 八 θ 3，i，j， 式中，n4^为在第i个往复研磨循环过程中第j次往复研磨研磨时第一伺服电机驱动 第一砂带轮收卷时的转速，Vs为砂带的线速度，△ Θ 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j次往复研磨中收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过的角度，PCU控制器将第一伺服电机 的转角信号转换成位置信号。9. 根据权利要求2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，其特 征在于，还包括： 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。10. 根据权利要求9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，其 特征在于，所述S4还包括： 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： 54- 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* (i-1) AL变为i *AL， 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+l _ n l，i，M? 转过的角度， ^ ^ 5, i,M+l - ^ ^ I, IjMj 式中，n5AM+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，△ θ5&1+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。 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*L-(i-l) · AL变为 L-i · AL，在这个过程中： n6，i，M+l _ n 3，i，M? 转过的角度， ^ ^ 6, i,M+l - 式中，n6^_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，Λ Θ 4&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。 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，通过双电机驱动模块S120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 作次数等运行参数不断向PCU控制器反馈，形成半闭环控制。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G05B19/409
【公开号】CN104898569
【申请号】CN201510221386
【发明人】黄云, 赵浩岑, 杨俊峰, 肖贵坚, 张美 , 罗小龙, 李平, 伊浩
【申请人】重庆大学, 重庆三磨海达磨床有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
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