磁流變拋光機(jī)床防碰撞控制策略與方法

滕飛

摘 要：磁流變拋光技術(shù)是一種超精密確定性拋光技術(shù)，在一些高精端領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文對(duì)磁流變拋光機(jī)床加工工藝特點(diǎn)進(jìn)行探討，分析碰撞發(fā)生原因及防碰撞技術(shù)途徑，提出防碰撞控制策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：磁流變拋光機(jī)； 防碰撞； 控制策略； 探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.043

磁流變拋光機(jī)床常被用于加工精密度較高的零件，這些零件價(jià)格昂貴，加工期間一旦發(fā)生碰撞，會(huì)給零件質(zhì)量造成較大影響，因此，如何結(jié)合磁流變拋光機(jī)床工藝特點(diǎn)，深入分析碰撞發(fā)生原因，以尋找有效的防碰撞控制策略，成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的重點(diǎn)。

1 磁流變拋光機(jī)床碰撞原因分析

磁流變拋光機(jī)床碰撞出現(xiàn)在Z向運(yùn)動(dòng)過程中拋光頭和工裝、工件之間，不僅影響工件生產(chǎn)精度水平，而且給拋光頭、測(cè)量探頭造成損壞。通過對(duì)磁流變拋光機(jī)床工作特點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)碰撞的原因主要來自以下方面：

首先，操作復(fù)雜程度高。與通用切削機(jī)床相比，磁流變拋光機(jī)床工藝流程復(fù)雜程度高，例如，建立工件坐標(biāo)系時(shí)不能通過試切削實(shí)現(xiàn)，需要借助自動(dòng)對(duì)刀測(cè)量程序。加工開始前需標(biāo)定緞帶，并確保緞帶浸入深度參數(shù)的合理設(shè)置。

其次，工藝較為特殊。磁流變拋光機(jī)床的工件和拋光頭是非接觸的法向等間距拋光，其中工件調(diào)平及安裝是否得當(dāng)，不僅影響加工質(zhì)量，而且會(huì)引起碰撞情況的發(fā)生。另外，拋光作業(yè)中當(dāng)機(jī)床因發(fā)生故障，導(dǎo)致緞帶在拋光工件某位置長時(shí)間停留，會(huì)發(fā)生過拋嚴(yán)重影響工件加工精度，因此工件拋光作業(yè)前，應(yīng)認(rèn)真校核拋光程序，認(rèn)真檢查與分析工件安裝質(zhì)量，研究機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確保機(jī)床工作的可靠性與安全性。

其他原因也會(huì)導(dǎo)致磁流變拋光機(jī)床作業(yè)中發(fā)生碰撞情況，如設(shè)置參數(shù)不正確、軟件或硬件故障等，導(dǎo)致系統(tǒng)安全防護(hù)動(dòng)能不能正常發(fā)揮作用。同時(shí)，受電氣、光柵污染等因素影響，控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常等，這就要求機(jī)床作業(yè)過程中加強(qiáng)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施，確保安全退回，防止碰撞情況的發(fā)生，給機(jī)床拋光頭以及工件造成損壞。

2 磁流變拋光機(jī)防碰撞技術(shù)途徑

在對(duì)磁流變拋光機(jī)床碰撞原因深入分析的基礎(chǔ)上，充分認(rèn)識(shí)到拋光作業(yè)的特殊性，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研究，積極采取有效防碰撞作業(yè)，為工件加工質(zhì)量提供保障。從技術(shù)層面可采取以下措施：

首先，磁流變拋光機(jī)床坐標(biāo)基準(zhǔn)以及控制程序直接影響其工作狀態(tài)，給工件加工精度造成重大影響。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床程序編制的是否合理一定程度受工件坐標(biāo)系影響。為保證機(jī)床作業(yè)中碰撞情況的發(fā)生，保證工件加工質(zhì)量，應(yīng)注重建立合理的坐標(biāo)基準(zhǔn)，并注重自動(dòng)校核單位的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)床坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)校核，提高坐標(biāo)系的可靠與安全性。

其次，為實(shí)現(xiàn)機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)輪廓進(jìn)度的校核，避免過拋、碰撞現(xiàn)象發(fā)生，促進(jìn)拋光效率及精度的進(jìn)一步提高，可在參考激光非接觸測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，對(duì)法向輪廓在位測(cè)量單元進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以有效的驗(yàn)證、校核拋光過程是否存在干涉、程序是否正確運(yùn)行、工件安裝精度是否滿足要求等。

最后，為防止碰撞，設(shè)置專門的中斷程序，即，對(duì)引發(fā)機(jī)床碰撞信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，借助專門控制算法及傳感器技術(shù)，對(duì)碰撞發(fā)生的可能性進(jìn)行評(píng)估，并做好應(yīng)急處理。例如，實(shí)時(shí)監(jiān)控工件測(cè)量探頭工作位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，機(jī)床便自動(dòng)的將Z軸回退，有效避免工件和測(cè)量他探頭碰撞。同時(shí)，通過對(duì)傳感信號(hào)的監(jiān)測(cè)，還可防止工件過拋情況的出現(xiàn)。

3 磁流變防碰撞拋光機(jī)防碰撞策略

通過上文分析，為防止磁流變拋光機(jī)碰撞情況的發(fā)生，可從基準(zhǔn)、軟硬件、授權(quán)、全流程控制等內(nèi)容入手，采取相關(guān)對(duì)策。

3.1 注重基準(zhǔn)校核

為提高基準(zhǔn)的可靠性，需分別對(duì)工件基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)、機(jī)床基準(zhǔn)實(shí)施校核，其中通過編碼器和機(jī)床各軸光柵建立機(jī)床基準(zhǔn)，如編碼器或光柵尺為增量式需進(jìn)行開機(jī)，將其強(qiáng)制回零。如為絕對(duì)式光柵尺，雖然不需進(jìn)行回零，但開機(jī)時(shí)需校核與比較關(guān)機(jī)時(shí)刻值和機(jī)床坐標(biāo)位置，防止開機(jī)時(shí)刻光柵編碼信號(hào)出現(xiàn)異常，影響機(jī)床軸的正常運(yùn)行。

3.2 注重軟硬件防護(hù)

注重安全工作保護(hù)區(qū)、軟限位保護(hù)區(qū)、電氣硬限位開關(guān)保護(hù)區(qū)、機(jī)械硬限位保護(hù)區(qū)等的設(shè)計(jì)，提高安全防范質(zhì)量。針對(duì)引起機(jī)床發(fā)生碰撞的因素，設(shè)置專門的傳感器，以及時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)信號(hào)，防止碰撞情況的發(fā)生。另外，注重重點(diǎn)信號(hào)異常處理，縮短異常響應(yīng)時(shí)間。例如，Z軸安全抬升、斷點(diǎn)保護(hù)等，以有效預(yù)防機(jī)床碰撞的發(fā)生。

3.3 實(shí)施分級(jí)授權(quán)

參考通用機(jī)床授權(quán)做法，對(duì)機(jī)床用戶、機(jī)床服務(wù)商、制造商等設(shè)計(jì)不同的操作權(quán)限，防止機(jī)床數(shù)據(jù)的隨意更改。另外，還可利用專門的下拉軟件，認(rèn)真校核固化關(guān)鍵參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，認(rèn)真分析原因進(jìn)行校正，保證關(guān)鍵參數(shù)處在正常范圍內(nèi)。

3.4 注重全流程控制

磁流變拋光機(jī)床防碰撞還可通過全流程控制實(shí)現(xiàn)，具體可通過三個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)：首先，校核與安全設(shè)置。磁流變拋光機(jī)床開機(jī)后，應(yīng)做好各參數(shù)的校核工作，如坐標(biāo)系、軟限位參數(shù)等。同時(shí)，注重安全工作區(qū)間的合理設(shè)置。其次，做好加工前校核工作。加工作業(yè)前應(yīng)注重檢測(cè)干涉碰撞、輪廓精度情況，防止碰撞發(fā)生的同時(shí)，提高工件加工質(zhì)量與精度。最后，實(shí)時(shí)測(cè)控加工過程。加工過程中對(duì)碰撞情況進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，尤其應(yīng)注重NC運(yùn)行狀態(tài)、拋光輪工作電流、對(duì)刀單元的測(cè)頭位置等，杜絕過拋與碰撞情況的發(fā)生。

4 結(jié)論

為保證磁流變拋光機(jī)床工件加工質(zhì)量與精度，防止碰撞情況的發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)防碰撞研究，采取針對(duì)性預(yù)防措施。本文通過研究得出以下結(jié)論：

（1）影響磁流變拋光機(jī)床碰撞發(fā)生原因較為復(fù)雜，其中操作復(fù)雜程度高、工藝復(fù)雜以及其他原因，容易引起碰撞的出現(xiàn)，因此，應(yīng)加強(qiáng)認(rèn)識(shí)結(jié)合機(jī)床工作特點(diǎn)采取針對(duì)性預(yù)防措施。

（2）為預(yù)防機(jī)床碰撞情況的發(fā)生應(yīng)做好基準(zhǔn)校核工作，保證編制程序的合理性。同時(shí)，做好軟硬件防護(hù)，并在參考普通機(jī)床的機(jī)床上實(shí)施分級(jí)授權(quán)。另外，還應(yīng)注重全流程控制，為工件加工工作的順利、高效完成奠定基礎(chǔ)。

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