文章:数控技术在振动研磨装置中的应用

所有者:TerryWang(呢称); 发布时间:2020-05-16 07:53:30; 更新时间:2020-05-16 08:11:08

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简介:振动切削技术在过去的几十年里在世界各国得到了长足发展并形成了相应的产业,而振动研磨技术则是其中的一个分枝,它的高效高精度使其在轴颈研磨、内孔研磨、平面研磨等方面得到了广泛的应用。然而由于其振频及振幅等机械调节结构复杂,精度要求高,使其成本高昂,难以进入普通机械工厂。本文采用数控技术的方法,简化机械结构,对振频及振幅进行近似无级调节,使其机械结构简单、成本降低

振动切削技术在过去的几十年里在世界各国得到了长足发展并形成了相应的产业,而振动研磨技术则是其中的一个分枝,它的高效高精度使其在轴颈研磨、内孔研磨、平面研磨等方面得到了广泛的应用。然而由于其振频及振幅等机械调节结构复杂,精度要求高,使其成本高昂,难以进入普通机械工厂。本文采用数控技术的方法,简化机械结构,对振频及振幅进行近似无级调节,使其机械结构简单、成本降低,易于推广应用,现将系统分析如下。

1 振动研磨原理

  所谓振动研磨,是将磨料以一定压力与工件表面相贴合(如图1所示,此处为外圆研磨),工件旋转,磨料以一定振幅及频率沿工件轴向振动,则可起到研磨作用。振动研磨时,在一个振动周期内,磨粒随时改变着切削方向并多方向地参与切削,形成一种“多刃切削”过程,而且磨粒更容易破碎,不断形成新的磨粒刃口。振动研磨时,磨料工作表面上的有效磨粒数和磨粒的有效磨刃数都显著增加,提高了研削能力,也提高了研磨质量和效率。另外,由于振幅、频率、压力可调,因而可以方便地控制单位时间内的研磨量,使粗糙度得以有效控制。


图1 振动研磨原理图

2 振幅、振频、压力的调节原理

  为有效地控制粗糙度,振动研磨装置的振幅、振频、压力必须能够根据加工对象的不同来调整。通常这三个参数均采用机械方式来实现,其结构非常复杂,精度要求高。本文除压力保持原来的弹簧加压调节外,另两个参数均采用步进电机通过NC方法来实现。

  2.1 振幅的NC调节原理

  振动研磨时,磨料的往复运动幅度即是其振幅。如图2所示,采用偏心量为e的固定偏心轴带动研磨头,当偏心轴作360°回转运动时,其振动幅度为


图2 NC调幅原理图

  而当O绕O1点作往复摆动时,则摆动角"与振幅有如下关系式:

  上式中,e是常量,若改变α,则可以改变振幅A的大小。由于步进电机可以方便地实现角度控制而且正反转的换向时间短,因而可以满足低频振动的调幅要求。为解决换向时的电机振动,可采用同步带将电机与偏心轴相连。而实验表明,该方法在一定的振动范围内是可行的。

 2.2 振频的NC调节原理

  步进电机的旋转速度由驱动脉冲的延时常数决定,因此只要改变该延时常数,就可改变振动频率。由于步进电机存在一定的步距角((0.75)或1.5°),因而振幅的调节实际上是不连续的,但可以近似认为连续。

当偏心轴不作摆动而是作圆周回转运动时,振动频率可以有很宽的范围,但实际应用中,振动研磨的频率范围一般在10Hz以内,属于低频振动,在步进电机的正反转响应速度之内,因而振频设置为(0~10Hz)任意调节。当加工对象确定后,即可利用频率设置按钮改变驱动脉冲的延时常数,确定一个与加工对象相适应的振动频率,并可根据具体研磨效果随时调整。

3 NC控制系统简介

  由于研磨力很小,故NC系统采用了小型的步进电机及专用的功率驱动电路。首先由操作者将振频与振幅通过按钮预置入单片机,然后启动研磨装置,由单片机发出驱动脉冲,脉冲信号经功率放大器输出给步进电机,使其运转。步进电机的正反转、转角等均由CPU控制(图3)。


图3 控制及驱动系统框图

  如图3 所示,本系统采用8031作为CPU,8155为I/O扩展口。共有研磨启动键、左、右复位键、增、减频键、增、减幅键、结束键共八个独立式按键,程序采用模块化结构。驱动电源采用VMOS场效应晶体管,使整个电路结构简单,安装调试容易、简单,故障率很低。为了提高系统的可靠性,本系统采用了光电隔离电路将强电与弱电隔离,并在驱动电路中采用了半流控制技术,分别在待机及工作时输出半电流和全电流,尽量降低发热量,提高可靠性,延长寿命。

  由于研磨时步进电机频繁换向,为减少冲击和误动作,软件上采用了变频加速度升降速控制方法,其原理如下:


4 结束语

  数控技术在振动研磨装置中的应用,主要解决了振幅、振频的调节问题,简化了该部分的机械结构,同时降低了精度要求,增强了研磨功能,降低了制造成本,为进一步推广应用创造了条件。


随查一数控报警

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