專利名稱：利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磨削加工領(lǐng)域中的磨損量在線檢測(cè)方法和裝置，即一種利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在數(shù)控磨削加工中，砂輪的磨損會(huì)使被加工零件的尺寸發(fā)生改變。當(dāng)被加工零件的尺寸超差時(shí)，必須對(duì)砂輪的磨損進(jìn)行補(bǔ)償。傳統(tǒng)的方法是停機(jī)由人工對(duì)工件尺寸進(jìn)行檢測(cè)，再根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定砂輪的補(bǔ)償量。這種方法生產(chǎn)效率低下，檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且在檢測(cè)過(guò)程中容易弓I入人為誤差。隨著加工系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，由于磨削過(guò)程中參數(shù)復(fù)雜，相互關(guān)聯(lián)，信息量大，再加上磨削的高速和高精度要求，對(duì)實(shí)時(shí)性監(jiān)控要求非常高，欲獲得良好穩(wěn)定的加工質(zhì)量，對(duì)加工過(guò)程中砂輪磨損的在線檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)就越來(lái)越重要。原來(lái)由工人觀察磨削狀態(tài)、測(cè)量工件尺寸，憑經(jīng)驗(yàn)判斷砂輪是否磨損并做出相應(yīng)補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)改由自動(dòng)在線檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)。采用在線檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)后，可減少人為技術(shù)因素引起的誤差，降低了產(chǎn)品不合格率，在有效保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。《制造業(yè)自動(dòng)化》中記載的“基于在線檢測(cè)技術(shù)的砂輪磨損補(bǔ)償方法研究”給出了一種在線的檢測(cè)補(bǔ)償方法，采用在線檢測(cè)技術(shù)后，能夠?qū)⒂捎谌撕图夹g(shù)因素引起的故障停機(jī)時(shí)間減少75%，將有效加工時(shí)間由無(wú)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)的10%提高到65%，將機(jī)床利用率提高到50%以上，并節(jié)省30%以上的加工費(fèi)用。因此，建立砂輪磨損狀態(tài)在線檢測(cè)系統(tǒng)，是精密超精密制造領(lǐng)域質(zhì)量控制的重要課題之一，具有重要的工程意義。砂輪補(bǔ)償量是由砂輪的磨損量直接確定，所以如何在線檢測(cè)砂輪的磨損量是砂輪補(bǔ)償問(wèn)題的關(guān)鍵。砂輪的磨損量的在線檢測(cè)方法分直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法。直接檢測(cè)法包括聲發(fā)射測(cè)量法、光導(dǎo)纖維測(cè)量法、攝像法、接觸電阻測(cè)量法和放電電流測(cè)量法等。間接檢測(cè)法包括切削力法、扭矩法、切削振動(dòng)法、工件尺寸法和工件表面粗糙度法等。以上方法均應(yīng)用于干磨削加工中，而在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因?yàn)樗哂袧?rùn)滑、冷卻、 清洗、防銹、降低磨削力和改善工件表面質(zhì)量等功效，是磨削加工過(guò)程不可缺少的生產(chǎn)要素之一。在有磨削液使用的磨削加工中，由于磨削液的存在對(duì)信號(hào)的采集產(chǎn)生干擾，影響測(cè)量精度，甚至無(wú)法使用，所以應(yīng)用范圍受到很大的限制。磨削最主要的特征是砂輪在主軸的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，因此在高速旋轉(zhuǎn)砂輪表面形成一層空氣附面層即氣流場(chǎng)。氣流場(chǎng)是磨削加工存在砂輪周邊的必然現(xiàn)象，氣流場(chǎng)的壓力大小及其分布規(guī)律，與砂輪的磨損量密切相關(guān)，因此，通過(guò)檢測(cè)氣流場(chǎng)的壓力變化就可以計(jì)算得到砂輪在磨削過(guò)程中的磨損量，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。《金剛石與磨料磨具工程》中記載的“磨削區(qū)內(nèi)氣流場(chǎng)速度和壓力分布規(guī)律的研究進(jìn)展”一文對(duì)氣流場(chǎng)速度和壓力的分布規(guī)律進(jìn)行了初步探討，但并未給出如何通過(guò)氣流場(chǎng)對(duì)磨損進(jìn)行分析的內(nèi)容
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問(wèn)題，提供一種利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法和裝置，它通過(guò)壓力傳感器在線檢測(cè)氣流場(chǎng)的壓力變化，從而計(jì)算出砂輪磨削過(guò)程中的磨損量，最終實(shí)現(xiàn)砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法，在磨削加工過(guò)程中，采用壓力傳感器實(shí)時(shí)在線檢測(cè)砂輪表面氣流場(chǎng)的動(dòng)壓力；通過(guò)氣流場(chǎng)動(dòng)壓力的變化分析計(jì)算得到磨削過(guò)程中砂輪的磨損量，將磨損量作為砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給量，然后通過(guò)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償進(jìn)給指令，完成砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給；利用微調(diào)機(jī)構(gòu)在砂輪補(bǔ)償進(jìn)給后對(duì)傳感器的位置進(jìn)行微調(diào)，保證氣流場(chǎng)壓力的檢測(cè)的靈敏性與精確度。所述間隙與氣流場(chǎng)壓力之間的關(guān)系為氣流場(chǎng)動(dòng)壓力與砂輪表面與壓力傳感器之間的間隙距離％成反比，即砂輪磨損，砂輪直徑減小，砂輪表面與壓力傳感器之間的距離Iitl 增大，氣流場(chǎng)動(dòng)壓力減小，而且動(dòng)壓力變化大小與砂輪磨損量根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到，通過(guò)調(diào)整砂輪與工件之間的徑向進(jìn)給量來(lái)補(bǔ)償砂輪的磨損量，從而保證零件的加工精度。它包括氣流場(chǎng)壓力檢測(cè)裝置，該裝置包括壓力傳感器，壓力傳感器設(shè)置在砂輪正上方，兩者間留有間隙；壓力傳感器與位置調(diào)整機(jī)構(gòu)連接，同時(shí)壓力傳感器還與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接，構(gòu)成在線檢測(cè)系統(tǒng)。所述位置調(diào)整結(jié)構(gòu)為差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，它安裝在機(jī)架上，壓力傳感器安裝在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)下部。所述差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)包括安裝在機(jī)架中的主動(dòng)螺母，主動(dòng)螺母具有旋向相同而螺距不等的內(nèi)、外螺紋，外螺紋與機(jī)架配合，主動(dòng)螺母上部設(shè)有搖桿，下部與微調(diào)螺桿連接，并通過(guò)內(nèi)螺紋與微調(diào)螺桿配合；壓力傳感器安裝在微調(diào)螺桿下部；通過(guò)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)螺母，主動(dòng)螺母沿軸向移動(dòng)，同時(shí)微調(diào)螺桿帶動(dòng)壓力傳感器相對(duì)主動(dòng)螺母沿軸向移動(dòng)，位移為
I2 = (。-S^YpHn ο所述機(jī)架上還設(shè)有與主動(dòng)螺母相配合的測(cè)量搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)定量裝置。所述轉(zhuǎn)動(dòng)定量裝置包括指針和刻度盤(pán)，刻度盤(pán)在機(jī)架上端面沉孔的端面上，指針在主動(dòng)螺母上端面上，其中指針隨主動(dòng)螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，刻度盤(pán)指示其轉(zhuǎn)過(guò)的角度。所述主動(dòng)螺母的外螺紋的螺距S1大于內(nèi)螺紋的螺距S2，且Sl/S2 = 1. 2-5。所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括與壓力傳感器連接的放大器，放大器依次與濾波器、A/D 轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器將測(cè)得的氣流場(chǎng)壓力數(shù)值與設(shè)定的氣流場(chǎng)壓力數(shù)值進(jìn)行比較，比較值送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)與驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)連接，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪。本發(fā)明總的構(gòu)思是利用磨削過(guò)程中高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面產(chǎn)生的氣流場(chǎng)，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)氣流場(chǎng)的動(dòng)壓力，當(dāng)砂輪產(chǎn)生磨損時(shí)，表面的氣流場(chǎng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，壓力傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)分析計(jì)算得到砂輪的磨損量，進(jìn)而得到所需的補(bǔ)償進(jìn)給量，然后對(duì)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償進(jìn)給指令，完成砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給。由于氣流場(chǎng)是磨削加工中存在砂輪周邊的必然現(xiàn)象，且其存在不受磨削液的影響，從而避免了濕磨加工中磨削液對(duì)信號(hào)采集的不利影響。同時(shí)由于氣流場(chǎng)中動(dòng)壓力隨傳感器與砂輪之間的間隙的減小而增大，當(dāng)砂輪磨損量太大，導(dǎo)致氣流場(chǎng)動(dòng)壓力值過(guò)小，監(jiān)測(cè)動(dòng)壓力的信號(hào)減弱，設(shè)有差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，來(lái)調(diào)整砂輪表面與壓力傳感器之間的間隙距離Iv從而保證了信號(hào)的強(qiáng)度，以及對(duì)砂輪磨損量檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。 本發(fā)明將壓力傳感器置于砂輪正上方檢測(cè)氣流場(chǎng)的壓力，將檢測(cè)到的信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，氣流場(chǎng)的動(dòng)壓力與砂輪表面和傳感器之間的間隙距離h的數(shù)學(xué)模型可用下式表式
權(quán)利要求
1.一種利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法，其特征是，在磨削加工過(guò)程中，采用壓力傳感器實(shí)時(shí)在線檢測(cè)砂輪表面氣流場(chǎng)的動(dòng)壓力；通過(guò)氣流場(chǎng)動(dòng)壓力的變化分析計(jì)算得到磨削過(guò)程中砂輪的磨損量，將磨損量作為砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給量，然后通過(guò)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償進(jìn)給指令，完成砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給；利用微調(diào)機(jī)構(gòu)在砂輪補(bǔ)償進(jìn)給后對(duì)傳感器的位置進(jìn)行微調(diào)，保證氣流場(chǎng)壓力的檢測(cè)的靈敏性與精確度。
2.如權(quán)利要求1所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法，其特征是，所述間隙與氣流場(chǎng)壓力之間的關(guān)系為氣流場(chǎng)動(dòng)壓力與砂輪表面與壓力傳感器之間的間隙距離hQ 成反比，即砂輪磨損，砂輪直徑減小，砂輪表面與壓力傳感器之間的距離Iitl增大，氣流場(chǎng)動(dòng)壓力減小，而且動(dòng)壓力變化大小與砂輪磨損量根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到，通過(guò)調(diào)整砂輪與工件之間的徑向進(jìn)給量來(lái)補(bǔ)償砂輪的磨損量，從而保證零件的加工精度。
3.如權(quán)利要求2所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法，其特征是，所述氣流場(chǎng)的動(dòng)壓力與砂輪表面和傳感器之間的間隙距離％的數(shù)學(xué)模型用下式表式
4.一種利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損方法用裝置，其特征是，它包括氣流場(chǎng)壓力檢測(cè)裝置，該裝置包括壓力傳感器，壓力傳感器設(shè)置在砂輪正上方，兩者間留有間隙；壓力傳感器與位置調(diào)整機(jī)構(gòu)連接，同時(shí)壓力傳感器還與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接，構(gòu)成在線檢測(cè)系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求4所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述位置調(diào)整結(jié)構(gòu)為差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，它安裝在機(jī)架上，壓力傳感器安裝在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)下部。
6.如權(quán)利要求5所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)包括安裝在機(jī)架中的主動(dòng)螺母，主動(dòng)螺母具有旋向相同而螺距不等的內(nèi)、 外螺紋，外螺紋與機(jī)架配合，主動(dòng)螺母上部設(shè)有搖桿，下部與微調(diào)螺桿連接，并通過(guò)內(nèi)螺紋與微調(diào)螺桿配合；壓力傳感器安裝在微調(diào)螺桿下部；通過(guò)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)螺母，主動(dòng)螺母沿軸向移動(dòng)，同時(shí)微調(diào)螺桿帶動(dòng)壓力傳感器相對(duì)主動(dòng)螺母沿軸向移動(dòng)，位移為I2 =( -S^pHn ο
7.如權(quán)利要求6所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述機(jī)架上還設(shè)有與主動(dòng)螺母相配合的測(cè)量搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)定量裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述轉(zhuǎn)動(dòng)定量裝置包括指針和刻度盤(pán)，刻度盤(pán)在機(jī)架上端面沉孔的端面上，指針在主動(dòng)螺母上端面上，其中指針隨主動(dòng)螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，刻度盤(pán)指示其轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
9.如權(quán)利要求6所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述主動(dòng)螺母的外螺紋的螺距S1大于內(nèi)螺紋的螺距S2，且Sl/S2 = 1. 2-5。
10.如權(quán)利要求5所述的利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括與壓力傳感器連接的放大器，放大器依次與濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器將測(cè)得的氣流場(chǎng)壓力數(shù)值與設(shè)定的氣流場(chǎng)壓力數(shù)值進(jìn)行比較，比較值送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)與驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)連接，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用砂輪氣流場(chǎng)在線檢測(cè)砂輪磨損的方法和裝置，采用壓力傳感器實(shí)時(shí)在線檢測(cè)砂輪表面氣流場(chǎng)的動(dòng)壓力；通過(guò)氣流場(chǎng)動(dòng)壓力的變化分析計(jì)算得到磨削過(guò)程中砂輪的磨損量，進(jìn)而得到砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給量，然后通過(guò)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償進(jìn)給指令，完成砂輪的補(bǔ)償進(jìn)給；利用微調(diào)機(jī)構(gòu)在砂輪補(bǔ)償進(jìn)給后對(duì)傳感器的位置進(jìn)行微調(diào)，保證氣流場(chǎng)壓力的檢測(cè)的靈敏性與精確度。本發(fā)明適用范圍比較廣，避免了使用磨削液濕磨加工中，磨削液對(duì)信號(hào)采集造成的不利影響；采用差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)作為微調(diào)機(jī)構(gòu)，在砂輪補(bǔ)償進(jìn)給后可以調(diào)整壓力傳感器與砂輪之間的間隙，保證了所要采集的動(dòng)壓力信號(hào)的強(qiáng)度，進(jìn)而保證了計(jì)算得到的砂輪磨損量的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)B24B49/00GK102343549SQ201110294068
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月7日
發(fā)明者李晶堯, 李長(zhǎng)河, 韓振魯 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)