專利名稱：一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及軟性磨粒流精密加工領域。
背景技術：
現(xiàn)在各個制造行業(yè)中均需要對模具表面進行精密加工，主要是因為傳統(tǒng)加工中刀 具和電火花會在模具表面留下痕跡。但是模具制造中大量的溝、槽、窄縫等結構化表面很難 用傳統(tǒng)的加工方法進行加工。液-固兩相軟性磨粒流可以在被加工工件的結構化表面形成 湍流流動，并配以約束模塊，在加工工件表面形成磨粒流道，驅(qū)動磨粒對壁面的粗糙處進行 切削，實現(xiàn)結構化表面的無工具化精密加工。加工過程中，約束模塊的設計、安裝，導流模塊的設計，磨粒流的輸出、循環(huán)、回收 等都是重要環(huán)節(jié)。固-液兩相軟性磨粒流加工是基于固體磨粒相互之間的碰撞和磨粒與被 加工工件表面的碰撞為基礎，并對其進行動力學分析，利用湍流流場中磨粒對壁面的切削 作用，對被加工工件壁面粗糙處進行精密加工、拋光。該技術有效彌補了傳統(tǒng)光整加工方法 對結構化表面加工的劣勢，同時也能夠加工其他復雜工件的表面加工，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動 控制。由于加入的固體磨粒與液體相(水)互不相融，磨粒在儲存箱中會出現(xiàn)沉積現(xiàn)象， 若不采取攪拌措施，由水泵抽出的磨粒流不能隨機均勻的進入流道內(nèi)對工件進行加工，會 顯著影響加工效果。傳統(tǒng)的攪拌方法采用人工攪拌或者電機攪拌方法。人工攪拌的缺點在 于，由于受到人為因素的影響和限制，不能做到隨機均勻?qū)⒛チＥc流體互相攪拌融合；而電 機攪拌的缺點在于，無法根據(jù)磨粒流中磨粒含量的多少(即磨粒流粘度)的大小調(diào)節(jié)電機 的輸出功率，效率不高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決磨粒儲存箱中磨粒流攪拌效率不高的問題，提供了一種攪拌效 率高的軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)。本實用新型的技術方案—種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，其特征在于包括軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)，所述 軟件子系統(tǒng)包括計算機和控制模塊，所述控制模塊通過接口排線與計算機相連，所述硬件 子系統(tǒng)包括磨粒流自動攪拌模塊、磨粒流儲存箱和伺服電機；所述磨粒流自動攪拌模塊包括轉動軸和攪拌葉片，所述轉動軸通過傳動裝置與伺 服電機相連，所述轉動軸與攪拌葉片相連，所述轉動軸的內(nèi)部布有傳感器信號傳輸線路，所 述攪拌葉片安裝有傳感器，所述傳感器檢測磨粒流中的壓力和流速，并通過轉動軸內(nèi)部線 路將檢測到的信號傳輸至計算機控制模塊中；所述伺服電機模塊設有傳動裝置，所述傳動裝置通過伺服電機驅(qū)動功率獲取需求 的轉速，所述伺服電機模塊驅(qū)動功率由控制模塊計算后得到的控制信號決定；所述磨粒流儲存箱模塊安裝有進水口、出水口和溢出口，所述磨粒流儲存箱中置有水泵，所述水泵出水口連接約束模塊，所述約束模塊頂部安裝觀測裝置；所述控制模塊包括信號采樣、信號處理、信號轉換、信號反饋環(huán)節(jié)，所述信號采樣 環(huán)節(jié)包括有壓力信號采集、流速信號采集，所述信號處理包括信號的濾波、限幅、模數(shù)轉換， 所述信號轉換是將運算處理后的信息轉換成為伺服電機能夠識別的控制量，所述信號反饋 是將控制信號反饋至伺服電機，調(diào)節(jié)電機功率。進一步，所述控制模塊采用閉環(huán)控制策略，所述閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控 制，將待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機的驅(qū)動功率。本實用新型可與固_液兩相磨粒流的模具結構化表面精密加工系統(tǒng)相連接，提供 可循環(huán)使用的固-液兩相磨粒流。本實用新型的技術構思為將安裝有傳感器的攪拌葉片置入充滿固_液兩相磨粒 流的磨粒儲存箱中，啟動電機，攪拌葉片在伺服電機傳動裝置的帶動下開始進行攪拌。伺 服電機驅(qū)動裝置連接有計算機控制模塊。所述計算機控制模塊采用德州儀器公司生產(chǎn)的 TMS320F2812數(shù)字信號處理器作為控制芯片，控制模塊連接有信號調(diào)理電路，模/數(shù)轉換調(diào) 理電路，調(diào)理電路通過接口排線與計算機相連。攪拌葉片在攪拌過程中不斷采集到磨粒流 中的壓力信號、流速信號，并通過連接軸內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至控制模塊中。當磨 粒流中固體磨粒的數(shù)量較多，磨粒流流體粘度較大時，攪拌葉片轉動時的阻力增大，即傳感 器檢測到的壓力增大，流速變慢，通過閉環(huán)反饋后傳輸給伺服電機的控制信號增大，使得伺 服電機的輸出功率增加，攪拌葉片轉動速度加大；當磨粒流中固體磨粒的數(shù)量較少，磨粒流 流體粘度較小時，攪拌葉片轉動時的阻力減小，即傳感器檢測到的壓力減小，流速加快，通 過閉環(huán)反饋后傳輸給伺服電機的控制信號變小，使得伺服電機的輸出功率降低，攪拌葉片 轉動速度也降低。所述控制模塊采用閉環(huán)控制策略，閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控制，將 待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機的輸出功率。所述的控制模塊軟件設計包括主 程序設計和中斷程序設計，所述主程序設計包括寄存器、變量、事件管理器的初始化，中斷 服務程序的調(diào)用以及故障檢測和處理；所述中斷程序包括信號采集、處理、運算，生成控制 信號。本實用新型的有益效果在于結構簡單、易于設計和制造；能夠?qū)δチＡ鬟M行隨 機均勻的攪拌，能夠根據(jù)磨粒儲存箱中不同的磨粒流體粘度自動調(diào)整伺服電機的輸出功 率，起到節(jié)省能源的作用；避免因固體顆粒不均勻造成的管道堵塞以及能源浪費，很有現(xiàn)實 意義和應用價值。

圖1是本實用新型整體系統(tǒng)結構示意圖。圖2是本實用新型硬件子系統(tǒng)結構示意圖。圖3是本實用新型軟件子系統(tǒng)示意圖。圖4是本實用新型控制原理示意圖。圖5是本實用新型控制主程序流程圖。圖6是本實用新型中斷程序流程圖圖。
具體實施方式
參照圖1-3，一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，包括軟件子系統(tǒng)1和硬件子系統(tǒng)2，所 述軟件子系統(tǒng)ι包括計算機11和控制模塊13，所述控制模塊13通過接口排線12與計算機 11相連，所述硬件子系統(tǒng)2包括磨粒流自動攪拌模塊21、磨粒流儲存箱22和伺服電機23 ；所述磨粒流自動攪拌模塊21包括轉動軸211和攪拌葉片212，所述轉動軸211通 過傳動裝置231與伺服電機23相連，所述轉動軸211與攪拌葉片212相連，所述轉動軸211 的內(nèi)部布有傳感器信號傳輸線路，所述攪拌葉片212安裝有傳感器213，所述傳感器213檢 測磨粒流中的壓力和流速，并通過轉動軸211內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至計算機控制 模塊12中；所述伺服電機模塊設有傳動裝置231，所述傳動裝置231通過伺服電機23驅(qū)動功率 獲取需求的轉速，所述伺服電機模塊驅(qū)動功率由控制模塊12計算后得到的控制信號決定；所述磨粒流儲存箱模塊22安裝有進水口 225、出水口 222和溢出口 225，所述磨粒 流儲存箱22中置有水泵226，所述水泵226出水口連接約束模塊223，所述約束模塊223頂 部安裝觀測裝置221 ；所述控制模塊13包括信號采樣、信號處理、信號轉換、信號反饋環(huán)節(jié)，所述信號采 樣環(huán)節(jié)包括有壓力信號14采集、流速信號15采集，所述信號處理包括信號的濾波、限幅、模 數(shù)轉換，所述信號轉換是將運算處理后的信息轉換成為伺服電機23能夠識別的控制量，所 述信號反饋是將控制信號反饋至伺服電機23，調(diào)節(jié)電機功率。所述控制模塊13采用閉環(huán)控制策略，所述閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控制，將 待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機的驅(qū)動功率。本實用新型可與固_液兩相磨粒流的模具結構化表面精密加工系統(tǒng)相連接，提供 可循環(huán)使用的固_液兩相磨粒流。本實用新型的技術構思為將安裝有傳感器213的攪拌葉片212置入充滿固-液 兩相磨粒流的磨粒儲存箱22中，啟動電機23，攪拌葉片212在伺服電機23傳動裝置231的 帶動下開始進行攪拌。伺服電機23驅(qū)動裝置連接有計算機控制模塊13。所述計算機控制 模塊13采用德州儀器公司生產(chǎn)的TMS320F2812數(shù)字信號處理器作為控制芯片，控制模塊13 連接有信號調(diào)理電路，模/數(shù)轉換調(diào)理電路，調(diào)理電路通過接口排線12與計算機11相連。 攪拌葉片212在攪拌過程中不斷采集到磨粒流中的壓力信號14、流速信號15，并通過轉動 軸211內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至控制模塊13中。當磨粒流中固體磨粒的數(shù)量較多， 磨粒流流體粘度較大時，攪拌葉片212轉動時的阻力增大，即傳感器213檢測到的壓力增 大，流速變慢，通過閉環(huán)反饋后傳輸給伺服電機23的控制信號增大，使得伺服電機23的輸 出功率增加，攪拌葉片212轉動速度加大；當磨粒流中固體磨粒的數(shù)量較少，磨粒流流體粘 度較小時，攪拌葉片212轉動時的阻力減小，即傳感器213檢測到的壓力減小，流速加快，通 過閉環(huán)反饋后傳輸給伺服電機23的控制信號變小，使得伺服電機23的輸出功率降低，攪拌 葉片212轉動速度也降低。所述控制模塊13采用閉環(huán)控制策略，閉環(huán)控制策略采用負反饋 比例控制，將待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機23的輸出功率，見圖4。所述的控 制模塊13軟件設計包括主程序設計和中斷程序設計，所述主程序設計包括寄存器、變量、 事件管理器的初始化，中斷服務程序的調(diào)用以及故障檢測和處理，見圖5 ；所述中斷程序包 括信號采集、處理、運算，生成控制信號，見圖6。[0030] 本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新 型的保護范圍的不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也 及于本領域技術人員根據(jù)本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，其特征在于包括軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)，所述軟件子系統(tǒng)包括計算機和控制模塊，所述控制模塊通過接口排線與計算機相連，所述硬件子系統(tǒng)包括磨粒流自動攪拌模塊，磨粒流儲存箱和伺服電機；所述磨粒流自動攪拌模塊包括轉動軸和攪拌葉片，所述轉動軸通過傳動裝置與伺服電機相連，所述轉動軸與攪拌葉片相連，所述轉動軸的內(nèi)部布有傳感器信號傳輸線路，所述攪拌葉片安裝有傳感器，所述傳感器檢測磨粒流中的壓力和流速，并通過轉動軸內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至計算機控制模塊中；所述伺服電機模塊設有傳動裝置，所述傳動裝置通過伺服電機驅(qū)動功率獲取需求的轉速，所述伺服電機模塊驅(qū)動功率由控制模塊計算后得到的控制信號決定；所述磨粒流儲存箱模塊安裝有進水口、出水口和溢出口，所述磨粒流儲存箱中置有水泵，所述水泵出水口連接約束模塊，所述約束模塊頂部安裝觀測裝置；所述控制模塊包括信號采樣、信號處理、信號轉換、信號反饋環(huán)節(jié)，所述信號采樣環(huán)節(jié)包括有壓力信號采集、流速信號采集，所述信號處理包括信號的濾波、限幅、模數(shù)轉換，所述信號轉換是將運算處理后的信息轉換成為伺服電機能夠識別的控制量，所述信號反饋是將控制信號反饋至伺服電機，調(diào)節(jié)電機功率。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊 采用閉環(huán)控制策略，所述閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控制，將待計算信號通過比例環(huán)節(jié) 運算后，控制電機的驅(qū)動功率。
專利摘要一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，包括軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)，所述軟件子系統(tǒng)包括計算機和控制模塊，所述控制模塊通過接口排線與計算機相連，所述硬件子系統(tǒng)包括磨粒流自動攪拌模塊、磨粒流儲存箱和伺服電機。本實用新型的有益效果在于結構簡單、易于設計和制造；能夠?qū)δチＡ鬟M行隨機均勻的攪拌，能夠根據(jù)磨粒儲存箱中不同的磨粒流體粘度自動調(diào)整伺服電機的輸出功率，起到節(jié)省能源的作用；避免因固體顆粒不均勻造成的管道堵塞以及能源浪費，很有現(xiàn)實意義和應用價值。
文檔編號B24D11/00GK201645341SQ20102012861
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權日2010年3月11日
發(fā)明者李琛, 計時鳴, 譚大鵬 申請人:浙江工業(yè)大學