[发明专利]数控砂带研磨装置及其控制方法

权利要求书

1.数控砂带研磨装置，包括卷轮、张紧机构和研磨抛光带，卷轮为两个，分别为放卷轮和收卷轮，研磨抛光带以带卷的形式缠绕在放卷轮上，其卷出端绕过张紧机构后缠绕在收卷轮上，其特征在于，还包括伺服电机、齿轮传动机构、电磁离合器、数控系统和继电器；

所述齿轮传动机构具有一个输入端和两个输出端，其输入端安装在伺服电机的输出轴上，输出端通过对应的电磁离合器与对应的卷轮联接；

所述数控系统包括PCU控制器、单电机驱动模块、输入输出模块和端子转换器，其中，

所述PCU控制器接收输入设备输入的初始数据，接收单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和电磁离合器控制信号，将伺服电机控制信号发送给单电机驱动模块，将电磁离合器控制信号发送给输入输出模块；

所述单电机驱动模块接收PCU控制器的伺服电机控制信号，将其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；接收伺服电机反馈的反馈数据，并将其发送给PCU控制器；

所述输入输出模块接收PCU控制器的电磁离合器控制信号，由端子转换器转换后，输出给继电器，启动对应的继电器控制对应的电磁离合器动作；

所述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；同时，两个电磁离合器根据电磁离合器控制信号进行交替离合；伺服电机产生的动力由齿轮传动机构传递给两个电磁离合器的衔铁上，并通过吸合的电磁离合器传递给对应的卷轮，使该卷轮进行收卷动作。

2.根据权利要求1所述的数控砂带研磨装置，其特征在于，所述齿轮传动机构包括主动齿轮、从动齿轮和从动齿轮传动轴；所述主动齿轮安装在伺服电机的输出轴上、且由伺服电机带动转动；从动齿轮为两个，分别为从动齿轮a和从动齿轮b；从动齿轮传动轴为两根，分别为从动齿轮传动轴a和从动齿轮传动轴b；从动齿轮a安装在从动齿轮传动轴a的一端、且与主动齿轮啮合，从动齿轮b安装在从动齿轮传动轴b的一端、且与主动齿轮啮合；电磁离合器为两个，分别为电磁离合器a和电磁离合器b；从动齿轮传动轴a的另一端通过电磁离合器a与安装有放卷轮的放卷轮轴联接，从动齿轮传动轴b的另一端通过电磁离合器b与安装有收卷轮的收卷轮轴联接。

3.根据权利要求1所述的数控砂带研磨装置，其特征在于，所述PCU控制器对伺服电机和电磁离合器的控制包括研磨加工动作的控制和研磨抛光带更新动作的控制。

4.根据权利要求1～3所述的数控砂带研磨装置的控制方法，其特征在于，包括如下控制流程：

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：研磨抛光带卷在放卷轮上的初始缠绕半径R₃、研磨抛光带卷在收卷轮上的初始缠绕半径R₄、研磨抛光带总长L、单层研磨抛光带厚度σ、单次更新研磨抛光带长度L_f、单次使用研磨抛光带长度ΔL、单段研磨抛光带往复研磨次数N、电机传动到放卷轮的传动比i₃、电机传动到收卷轮的传动比i₄，砂带研磨抛光带的线速度V_s；

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，则开始研磨加工动作；

研磨加工动作：PCU控制器根据初始数据或/和反馈数据计算出本次研磨加工伺服电机控制信号和电磁离合器控制信号，并将控制信号输出，控制伺服电机和电磁离合器动作，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，电磁离合器的控制信号包括电磁离合器的分离或吸合信号；

伺服电机的转速通过如下公式计算：

1)伺服电机驱动收卷轮时的转速：

式中，n_4i为伺服电机在第i次更新后驱动收卷轮转动时的转速，V_s为砂带抛光带的线速度，i₄为伺服电机传动到收卷轮的传动比，R_4i为收卷轮在第i次更新后的半径；

2)伺服电机驱动放卷轮时的转速：

式中，n_3i为伺服电机在第i次更新后驱动放卷轮转动时的转速，V_s为砂带抛光带的线速度，i₃为伺服电机传动到放卷轮的传动比，R_3i为放卷轮在第i次更新后的半径，x_3i为单次使用的研磨抛光带长度(ΔL)可在半径为R_3i的收卷轮上实际释放的圈数，其可由⑤、⑥和⑦式计算得出，δ为单层研磨带厚度；

在研磨加工动作中，i的取值范围为0以上的整数，当i取值为0时，R₃₀＝R₃，R₄₀＝R₄；

伺服电机转动的圈数通过如下公式计算：

1)伺服电机驱动收卷轮时转动的圈数：①；

S_4i＝2πR_4i+2π(R_4i+δ)+Λ+2π{R_4i+([T_4i]-1)δ}，②；

x4i=ΔL-S4i2π(R4i+[T4i]δ)+[T4i],]]>③；

A_4i＝i₄×x_4i，④；

其中，T_4i为单次使用的研磨抛光带长度(ΔL)可在收卷轮半径为R_4i不变的情况下缠绕的圈数，S_4i为能够在半径为R_4i的收卷轮上缠绕整数圈数的实际长度，[T_4i]为T_4i的整数部分，如T_4i为3.9圈，则[T_4i]为3圈，x_4i为单次使用的研磨抛光带长度(ΔL)可在半径为R_4i的收卷轮上实际缠绕的圈数，A_4i为伺服电机驱动收卷轮时转动的圈数；

根据上述①、②、③和④式，计算出伺服电机转动的圈数，PCU控制器根据伺服电机转动的圈数和伺服电机的导程，将伺服电机的转角信号转换成位置信号；

2)伺服电机驱动放卷轮时转动的圈数：⑤

S_3i＝2πR_3i+2π(R_3i-δ)+Λ+2π{R_3i-([T_3i]-1)δ}，⑥

x3i=ΔL-S3i2π(R3i-[T3i]δ)+[T3i],]]>⑦

A_3i＝i₃×x_3i，⑧

其中，T_3i为单次使用的研磨抛光带长度(ΔL)可在放卷轮半径为R_3i不变的情况下缠绕的圈数，S_3i为能够在半径为R_3i的收卷轮上释放整数圈数的实际长度，[T_3i]为T_3i的整数部分，如T_3i为3.9圈，则[T_3i]为3圈，x_3i为单次使用的研磨抛光带长度(ΔL)可在半径为R_3i的收卷轮上实际释放的圈数，A_3i为伺服电机驱动收卷轮时转动的圈数；

根据上述⑤、⑥、⑦和⑧式，计算出伺服电机转动的圈数，PCU控制器根据伺服电机转动的圈数和伺服电机的导程，将伺服电机的转角信号转换成位置信号；

研磨抛光带更新动作：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研磨抛光带往复研磨次数N时，进行研磨抛光带更新动作；PCU控制器计算出研磨抛光带更新时伺服电机的转速及位置，生成本次研磨抛光带更新动作的伺服电机控制信号和电磁离合器控制信号，并将控制信号输出，控制伺服电机和电磁离合器动作，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，研磨抛光带更新完成，PCU控制器进行更新次数的计数，并与设计更新次数进行比较，如果已更新研磨抛光带的次数小于设计更新次数，则对放卷轮和收卷轮的半径进行更新，进入研磨加工动作流程；如果已更新研磨抛光带的次数等于设计更新次数，则结束加工，并发出更换研磨抛光带卷信号；

所述研磨抛光带设计更新次数等于研磨带卷总长L除以单次更新研磨抛光带长度L_f，取整；

研磨抛光带更新时伺服电机的转速通过如下公式计算：

ni=30000VSi4πR4(i-1),]]>

式中，n_i为伺服电机在第i次更新时驱动收卷轮转动时的转速，V_s为砂带抛光带的线速度，i₄为伺服电机传动到收卷轮的传动比，R_4(i-1)为收卷轮在第i-1次更新后的半径；

更新时伺服电机转动的圈数通过如下公式计算：

N4i=Lf2πR4(i-1),---(1);]]>

S_4(i-1)＝2πR_4(i-1)+2π(R_4(i-1)+δ)+Λ+2π{R_4(i-1)+([N_i]-1)δ}，(2)；

xi=Lf-Si-12π(R4(i-1)+[Ni]δ)+[Ni],---(3);]]>

x＝i₄×x_i，(4)；

其中，N_4i为单次更新研磨抛光带长度(L_f)可在收卷轮半径为R_4(i-1)不变的情况下缠绕的圈数，S_4(i-1)为能够在半径为R_4(i-1)的收卷轮上缠绕整数圈数的实际长度，[N_4i]为N_4i的整数部分，如N_4i为3.9圈，则[N_4i]为3圈，x_i为单次更新研磨抛光带长度(L_f)可在半径为R_4(i-1)的收卷轮上实际缠绕的圈数，x为伺服电机更新时驱动收卷轮转动的圈数；

根据上述(1)、(2)、(3)和(4)式，计算出伺服电机转动的圈数，PCU控制器根据伺服电机转动的圈数和伺服电机的导程，将伺服电机的转角信号转换成位置信号；

在研磨抛光带更新动作中，i的取值范围为1以上的整数，当i取值为1时，R_3(i-1)＝R₃₀＝R₃，R_4(i-1)＝R₄₀＝R₄；

更新后，收卷轮的半径：R_4i＝R_4(i-1)+x_iδ，放卷轮的半径：R_3i＝R_3(i-1)-x_3更iδ，其中，x_3更i由以下(5)、(6)和(7)式计算而得；

N3i=Lf2πR3(i-1),---(5);]]>

S_3(i-1)＝2πR_3(i-1)+2π(R_3(i-1)-δ)+Λ+2π{R_3(i-1)-([N_3i]-1)δ}，(6)；

其中，N_3i为单次更新研磨抛光带长度(L_f)可在放卷轮半径为R_3(i-1)不变的情况下缠绕的圈数，S_3(i-1)为能够在半径为R_3(i-1)的放卷轮上缠绕整数圈数的实际长度，[N_3i]为N_3i的整数部分，如N_3i为3.9圈，则[N_3i]为3圈，x_3更i为单次更新研磨抛光带长度(L_f)可在半径为R_3(i-1)的放卷轮上实际缠绕的圈数。