[发明专利]具备切削力在线感知功能的快刀伺服装置的控制方法

权利要求书

1.具备切削力在线感知功能的快刀伺服装置的控制方法，其特征在于，所述快刀伺服装置包括，

音圈电机，其外壳(105)连接Z高度伺服平台(101)；

气浮导轨，其底座(108)连接XY方向伺服平台(102)，滑轴(107)的第一端通过第一连接件(106)连接音圈电机的线圈(104)，第二端通过第二连接件(110)连接刀具(111)；

驱动回路，其包括串接于回路中的电源(115)和IGBT开关管(118)，回路两端分别耦接所述线圈(104)的两端；

以及控制模块，其包括耦接所述驱动回路的采样单元和设于所述滑轴(107)上的位置反馈单元(109)，以及耦接所述采样单元和位置反馈单元的控制器(121)；所述采样单元包括耦接于所述驱动回路中的采样电阻(116)，耦接采样电阻(116)两端的电压放大电路(117)，耦接电压放大电路(117)输出端的电压偏置电路(119)，以及耦接电压偏置电路(119)的ADC转换电路(120)；所述控制器(121)耦接ADC转换电路(120)的输出端，用于根据所述采样单元采集的驱动回路电流大小和流向，以及位置反馈单元反馈的位置信息，输出PWM波控制所述IGBT开关管(118)的开闭，进而控制音圈电机的正反向运动与加减速；

所述控制方法包括如下步骤：

S1、控制器根据ADC转换电路输出的采样值，经过反向解算，得到采样电阻两端的电压，再根据欧姆定律，得到流过采样电阻的电流，即为驱动音圈电机的线圈电流I；

S2、根据位置反馈单元反馈的位置信息x，按照电磁场理论的安培力公式，计算出音圈电机的驱动力F_coil＝I*(B₀-b*x)*(L-x)，其中，I是线圈电流、B₀是基准位置的磁感应强度，b是磁感应强度随位移x变化率，L是线圈总长度；

S3、基于音圈电机的驱动力F_coil、运动部分的惯性力F_a及气浮导轨的阻力f，计算刀具受到的切削力：

F_cutting＝F_coil-(F_a+f)

其中F_a＝m*a，f＝f₀+k₁*v+k₂*x，f₀是气浮导轨阻力中的常量，k₁是气浮导轨阻力对运动速度v的变化率，k₂是气浮导轨阻力对位移x的变化率；

S4、实时计算当前时刻的切削力与上一时刻切削力的差值△F，当差值大于设置的阈值△F_c，即△F△F_c时，则认为切削力发生变化，输出切削力图谱，进行后续控制过程；否则认为切削力没有发生变化，继续检测音圈电机电流与刀具受到的切削力。

2.如权利要求1所述的快刀伺服装置的控制方法，其特征在于，所述音圈电机包括外壳(105)，以及设于外壳(105)内的永磁铁(103)和线圈(104)；所述外壳(105)采用电工纯铁制成，所述永磁铁(103)采用钕铁硼材料制成，呈圆柱环结构，并沿径向方向充磁。

3.如权利要求1所述的快刀伺服装置的控制方法，其特征在于，所述采样电阻阻值低于5mΩ，采用开尔文四线检测法采样。

4.如权利要求1所述的快刀伺服装置的控制方法，其特征在于，所述位置反馈单元(109)为设于所述滑轴(107)靠近刀具一端的光栅尺，所述光栅尺采用模拟信号输出，细分后的分辨率大于等于10nm。

5.如权利要求1所述的快刀伺服装置的控制方法，其特征在于，所述电压偏置电路(119)的偏置电压等于电压放大电路(117)最大电压的一半，且波动值小于等于1％；所述ADC转换电路(120)采用具有18位分辨率的外部IC，且采样频率大于5kHz，数据传输频率大于2Mb/s。