磁流變拋光機床防碰撞控制策略與方法

滕飛

摘 要：磁流變拋光技術是一種超精密確定性拋光技術，在一些高精端領域應用廣泛。本文對磁流變拋光機床加工工藝特點進行探討，分析碰撞發生原因及防碰撞技術途徑，提出防碰撞控制策略，以供參考。

關鍵詞：磁流變拋光機； 防碰撞； 控制策略； 探討

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

磁流變拋光機床常被用于加工精密度較高的零件，這些零件價格昂貴，加工期間一旦發生碰撞，會給零件質量造成較大影響，因此，如何結合磁流變拋光機床工藝特點，深入分析碰撞發生原因，以尋找有效的防碰撞控制策略，成為業內人士關注的重點。

1 磁流變拋光機床碰撞原因分析

磁流變拋光機床碰撞出現在Z向運動過程中拋光頭和工裝、工件之間，不僅影響工件生產精度水平，而且給拋光頭、測量探頭造成損壞。通過對磁流變拋光機床工作特點進行分析，發現出現碰撞的原因主要來自以下方面：

首先，操作復雜程度高。與通用切削機床相比，磁流變拋光機床工藝流程復雜程度高，例如，建立工件坐標系時不能通過試切削實現，需要借助自動對刀測量程序。加工開始前需標定緞帶，并確保緞帶浸入深度參數的合理設置。

其次，工藝較為特殊。磁流變拋光機床的工件和拋光頭是非接觸的法向等間距拋光，其中工件調平及安裝是否得當，不僅影響加工質量，而且會引起碰撞情況的發生。另外，拋光作業中當機床因發生故障，導致緞帶在拋光工件某位置長時間停留，會發生過拋嚴重影響工件加工精度，因此工件拋光作業前，應認真校核拋光程序，認真檢查與分析工件安裝質量，研究機床運動狀態，確保機床工作的可靠性與安全性。

其他原因也會導致磁流變拋光機床作業中發生碰撞情況，如設置參數不正確、軟件或硬件故障等，導致系統安全防護動能不能正常發揮作用。同時，受電氣、光柵污染等因素影響，控制系統出現異常等，這就要求機床作業過程中加強其運動狀態的監視，一旦發現異常及時采取措施，確保安全退回，防止碰撞情況的發生，給機床拋光頭以及工件造成損壞。

2 磁流變拋光機防碰撞技術途徑

在對磁流變拋光機床碰撞原因深入分析的基礎上，充分認識到拋光作業的特殊性，應加強技術研究，積極采取有效防碰撞作業，為工件加工質量提供保障。從技術層面可采取以下措施：

首先，磁流變拋光機床坐標基準以及控制程序直接影響其工作狀態，給工件加工精度造成重大影響。同時，數控機床程序編制的是否合理一定程度受工件坐標系影響。為保證機床作業中碰撞情況的發生，保證工件加工質量，應注重建立合理的坐標基準，并注重自動校核單位的設計，對機床坐標進行自動校核，提高坐標系的可靠與安全性。

其次，為實現機床實際運動輪廓進度的校核，避免過拋、碰撞現象發生，促進拋光效率及精度的進一步提高，可在參考激光非接觸測量方法的基礎上，對法向輪廓在位測量單元進行合理設計，以有效的驗證、校核拋光過程是否存在干涉、程序是否正確運行、工件安裝精度是否滿足要求等。

最后，為防止碰撞，設置專門的中斷程序，即，對引發機床碰撞信號進行實時監控，借助專門控制算法及傳感器技術，對碰撞發生的可能性進行評估，并做好應急處理。例如，實時監控工件測量探頭工作位，當發現異常時，機床便自動的將Z軸回退，有效避免工件和測量他探頭碰撞。同時，通過對傳感信號的監測，還可防止工件過拋情況的出現。

3 磁流變防碰撞拋光機防碰撞策略

通過上文分析，為防止磁流變拋光機碰撞情況的發生，可從基準、軟硬件、授權、全流程控制等內容入手，采取相關對策。

3.1 注重基準校核

為提高基準的可靠性，需分別對工件基準、測量基準、機床基準實施校核，其中通過編碼器和機床各軸光柵建立機床基準，如編碼器或光柵尺為增量式需進行開機，將其強制回零。如為絕對式光柵尺，雖然不需進行回零，但開機時需校核與比較關機時刻值和機床坐標位置，防止開機時刻光柵編碼信號出現異常，影響機床軸的正常運行。

3.2 注重軟硬件防護

注重安全工作保護區、軟限位保護區、電氣硬限位開關保護區、機械硬限位保護區等的設計，提高安全防范質量。針對引起機床發生碰撞的因素，設置專門的傳感器，以及時監測相關信號，防止碰撞情況的發生。另外，注重重點信號異常處理，縮短異常響應時間。例如，Z軸安全抬升、斷點保護等，以有效預防機床碰撞的發生。

3.3 實施分級授權

參考通用機床授權做法，對機床用戶、機床服務商、制造商等設計不同的操作權限，防止機床數據的隨意更改。另外，還可利用專門的下拉軟件，認真校核固化關鍵參數，一旦發現異常，認真分析原因進行校正，保證關鍵參數處在正常范圍內。

3.4 注重全流程控制

磁流變拋光機床防碰撞還可通過全流程控制實現，具體可通過三個環節實現：首先，校核與安全設置。磁流變拋光機床開機后，應做好各參數的校核工作，如坐標系、軟限位參數等。同時，注重安全工作區間的合理設置。其次，做好加工前校核工作。加工作業前應注重檢測干涉碰撞、輪廓精度情況，防止碰撞發生的同時，提高工件加工質量與精度。最后，實時測控加工過程。加工過程中對碰撞情況進行重點監控，尤其應注重NC運行狀態、拋光輪工作電流、對刀單元的測頭位置等，杜絕過拋與碰撞情況的發生。

4 結論

為保證磁流變拋光機床工件加工質量與精度，防止碰撞情況的發生，應加強防碰撞研究，采取針對性預防措施。本文通過研究得出以下結論：

（1）影響磁流變拋光機床碰撞發生原因較為復雜，其中操作復雜程度高、工藝復雜以及其他原因，容易引起碰撞的出現，因此，應加強認識結合機床工作特點采取針對性預防措施。

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

參考文獻：

[1]袁志剛，唐才學，鄭楠，鐘波.磁流變數控拋光技術研究[J]. 制造業自動化，2013（02）：48-51.

[2]李林斌.磁流變拋光循環系統優化設計技術研究[D].中國工程物理研究院，2012.

[3]萬麗榮，楊素，董國正，李圣怡.雙拋光輪磁流變機床設計與拋光工藝研究[J].組合機床與自動化加工技術，2017（02）：150-153.