恒力磨削中的闭环控制
董波 李郝林
上海理工大学（20093）
摘要 分析了磨削过程中砂轮的受力情况，由于磨削力为多方向的矢量难以测定，提出了通过声发射信号来检
测磨削力的变化。将声发射信号反馈到数字PID控制中构成闭环控制，从而达到控制磨削力的目的。最后，通过实验验证了该控制方法的可行性。
关键词 恒力磨削 声发射 数字PID 闭环控制
在高精度的磨削加工中，传统的磨削方法预先设置好了磨削路线、砂轮架进退速度、进给量等一系列参数，磨削过程中变化的砂轮磨削力影响着工件的表面质量，而且加工的速度也不可以随加工的情况不同而实时改变，一定程度上影响了加工的效率。因此，基于磨削工程最优化的理念提出了恒力磨削，即在磨削时，砂轮的进给量会自动调节，以保证整个磨削工程磨削力恒定。
1 砂轮受力分析
在磨削过程中工件和砂轮之间的力称为磨削力，在一般外圆磨削情况下，磨削力可以分解为三个互相垂直的分力[1]，如图1。作用于砂轮旋转的切线方向为切向磨削力F，作用于砂轮和工件接触的法线方向的为法向磨削力F。，作用于纵向移动方向的为轴向磨削力Fa[1]。
2 恒力磨削控制系统
主轴转速、纵向移动速度、磨削深度和工件材质等是影响磨削力的因素。由图1也可以得知，磨削力为多方向的矢量值，一般难以测定。我们想通过测定磨削能量的方法来评定磨削力。材料在内力或外力作用下会产生变形或断裂，同时以瞬态弹性波的形式快速释放出应变能，该种现象称为声发射(Acoustic Emission，简称AE)。通过声发射传感器在线采集磨削过程中的声发射信号，经过放大、滤波处理后，提取特征参数以及找出有效特征参数和磨削量(磨削力)的映射关系，将此时的信号反馈给数字PID来控制器控制伺服电机，以保持磨削量在一个适当的范围内，从而达到恒力磨削的目的。
