磁流变抛光机床防碰撞控制策略与方法

滕飞

摘 要：磁流变抛光技术是一种超精密确定性抛光技术，在一些高精端领域应用广泛。本文对磁流变抛光机床加工工艺特点进行探讨，分析碰撞发生原因及防碰撞技术途径，提出防碰撞控制策略，以供参考。

关键词：磁流变抛光机； 防碰撞； 控制策略； 探讨

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

磁流变抛光机床常被用于加工精密度较高的零件，这些零件价格昂贵，加工期间一旦发生碰撞，会给零件质量造成较大影响，因此，如何结合磁流变抛光机床工艺特点，深入分析碰撞发生原因，以寻找有效的防碰撞控制策略，成为业内人士关注的重点。

1 磁流变抛光机床碰撞原因分析

磁流变抛光机床碰撞出现在Z向运动过程中抛光头和工装、工件之间，不仅影响工件生产精度水平，而且给抛光头、测量探头造成损坏。通过对磁流变抛光机床工作特点进行分析，发现出现碰撞的原因主要来自以下方面：

首先，操作复杂程度高。与通用切削机床相比，磁流变抛光机床工艺流程复杂程度高，例如，建立工件坐标系时不能通过试切削实现，需要借助自动对刀测量程序。加工开始前需标定缎带，并确保缎带浸入深度参数的合理设置。

其次，工艺较为特殊。磁流变抛光机床的工件和抛光头是非接触的法向等间距抛光，其中工件调平及安装是否得当，不仅影响加工质量，而且会引起碰撞情况的发生。另外，抛光作业中当机床因发生故障，导致缎带在抛光工件某位置长时间停留，会发生过抛严重影响工件加工精度，因此工件抛光作业前，应认真校核抛光程序，认真检查与分析工件安装质量，研究机床运动状态，确保机床工作的可靠性与安全性。

其他原因也会导致磁流变抛光机床作业中发生碰撞情况，如设置参数不正确、软件或硬件故障等，导致系统安全防护动能不能正常发挥作用。同时，受电气、光栅污染等因素影响，控制系统出现异常等，这就要求机床作业过程中加强其运动状态的监视，一旦发现异常及时采取措施，确保安全退回，防止碰撞情况的发生，给机床抛光头以及工件造成损坏。

2 磁流变抛光机防碰撞技术途径

在对磁流变抛光机床碰撞原因深入分析的基础上，充分认识到抛光作业的特殊性，应加强技术研究，积极采取有效防碰撞作业，为工件加工质量提供保障。从技术层面可采取以下措施：

首先，磁流变抛光机床坐标基准以及控制程序直接影响其工作状态，给工件加工精度造成重大影响。同时，数控机床程序编制的是否合理一定程度受工件坐标系影响。为保证机床作业中碰撞情况的发生，保证工件加工质量，应注重建立合理的坐标基准，并注重自动校核单位的设计，对机床坐标进行自动校核，提高坐标系的可靠与安全性。

其次，为实现机床实际运动轮廓进度的校核，避免过抛、碰撞现象发生，促进抛光效率及精度的进一步提高，可在参考激光非接触测量方法的基础上，对法向轮廓在位测量单元进行合理设计，以有效的验证、校核抛光过程是否存在干涉、程序是否正确运行、工件安装精度是否满足要求等。

最后，为防止碰撞，设置专门的中断程序，即，对引发机床碰撞信号进行实时监控，借助专门控制算法及传感器技术，对碰撞发生的可能性进行评估，并做好应急处理。例如，实时监控工件测量探头工作位，当发现异常时，机床便自动的将Z轴回退，有效避免工件和测量他探头碰撞。同时，通过对传感信号的监测，还可防止工件过抛情况的出现。

3 磁流变防碰撞抛光机防碰撞策略

通过上文分析，为防止磁流变抛光机碰撞情况的发生，可从基准、软硬件、授权、全流程控制等内容入手，采取相关对策。

3.1 注重基准校核

为提高基准的可靠性，需分别对工件基准、测量基准、机床基准实施校核，其中通过编码器和机床各轴光栅建立机床基准，如编码器或光栅尺为增量式需进行开机，将其强制回零。如为绝对式光栅尺，虽然不需进行回零，但开机时需校核与比较关机时刻值和机床坐标位置，防止开机时刻光栅编码信号出现异常，影响机床轴的正常运行。

3.2 注重软硬件防护

注重安全工作保护区、软限位保护区、电气硬限位开关保护区、机械硬限位保护区等的设计，提高安全防范质量。针对引起机床发生碰撞的因素，设置专门的传感器，以及时监测相关信号，防止碰撞情况的发生。另外，注重重点信号异常处理，缩短异常响应时间。例如，Z轴安全抬升、断点保护等，以有效预防机床碰撞的发生。

3.3 实施分级授权

参考通用机床授权做法，对机床用户、机床服务商、制造商等设计不同的操作权限，防止机床数据的随意更改。另外，还可利用专门的下拉软件，认真校核固化关键参数，一旦发现异常，认真分析原因进行校正，保证关键参数处在正常范围内。

3.4 注重全流程控制

磁流变抛光机床防碰撞还可通过全流程控制实现，具体可通过三个环节实现：首先，校核与安全设置。磁流变抛光机床开机后，应做好各参数的校核工作，如坐标系、软限位参数等。同时，注重安全工作区间的合理设置。其次，做好加工前校核工作。加工作业前应注重检测干涉碰撞、轮廓精度情况，防止碰撞发生的同时，提高工件加工质量与精度。最后，实时测控加工过程。加工过程中对碰撞情况进行重点监控，尤其应注重NC运行状态、抛光轮工作电流、对刀单元的测头位置等，杜绝过抛与碰撞情况的发生。

4 结论

为保证磁流变抛光机床工件加工质量与精度，防止碰撞情况的发生，应加强防碰撞研究，采取针对性预防措施。本文通过研究得出以下结论：

（1）影响磁流变抛光机床碰撞发生原因较为复杂，其中操作复杂程度高、工艺复杂以及其他原因，容易引起碰撞的出现，因此，應加强认识结合机床工作特点采取针对性预防措施。

（2）为预防机床碰撞情况的发生应做好基准校核工作，保证编制程序的合理性。同时，做好软硬件防护，并在参考普通机床的机床上实施分级授权。另外，还应注重全流程控制，为工件加工工作的顺利、高效完成奠定基础。

参考文献：

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