專利名稱：一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械測試方法類，具體是一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法。
背景技術(shù)：
在軸零件磨削加工過程，砂輪磨削力是反映磨削狀態(tài)的重要指標(biāo)。磨削力處于正常范圍反映了砂輪的鋒銳狀態(tài)以及對被加工工件材料的去除能力。隨著磨削加工過程持續(xù)進(jìn)行，砂輪磨粒剝落、堵塞導(dǎo)致砂輪鋒銳程度下降，使得同等工藝條件下砂輪磨削力顯著增大。砂輪磨削力增大會加劇軸零件變形幅度并引發(fā)表面粗糙度值增加，從而增加次品發(fā)生概率，因此砂輪磨削力檢測對于確保軸零件加工質(zhì)量具有重要參考意義。通常，軸零件加工過程的砂輪磨削力檢測分為法向磨削力檢測與切向磨削力檢測，對于法向磨削力，現(xiàn)有的檢測手段主要是通過在工件夾具底座安裝專用測力傳感器實(shí)現(xiàn)，如壓電測力儀，這不僅增加了機(jī)床成本，也破壞其原有的結(jié)構(gòu)完整性；對于切向磨削力檢測，現(xiàn)有的檢測手段主要通過在零件旋轉(zhuǎn)軸上安裝旋轉(zhuǎn)測力儀實(shí)現(xiàn)，但其高昂的價格限制了在通用加工設(shè)備中的應(yīng)用，此外，也有通過測量砂輪主軸瞬時功率估算砂輪切向磨削力的檢測方法，但其受到摩擦力非線性、砂輪主軸大轉(zhuǎn)動慣量等因素影響難以實(shí)現(xiàn)高精度檢測。在針對軸零件磨削加工方面，目前還沒有一種原理簡單、方案合理、精度高的砂輪磨削力檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對軸零件磨削機(jī)床中現(xiàn)有磨削力檢測方式的不足，提供一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法，從而消除磨削力檢測對專用測力傳感器的依賴性，實(shí)現(xiàn)軸零件加工過程砂輪法向磨削力與切向磨削力的精確檢測，同時達(dá)到簡化磨削機(jī)床硬件結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)靈活性的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法,其特征在于首先檢測記錄不帶進(jìn)給條件下磨削加工程序執(zhí)行過程的電機(jī)電流信號與位置信號，計(jì)算獲得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號分布規(guī)律，獲取工件旋轉(zhuǎn)方向與砂輪進(jìn)給方向的機(jī)床運(yùn)動副摩擦力、加減速力總和并將其視作參考信號值，在實(shí)際磨削加工過程中，將測量、計(jì)算所得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)的電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號與相應(yīng)的參考信號值現(xiàn)減，即可得到相應(yīng)的砂輪磨削力信號，其中砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力信號主要對應(yīng)砂輪法向磨削力，工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號主要對應(yīng)砂輪切向磨削力。本發(fā)明具體的方法如下采用電流檢測裝置分別測量砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)繞組電流信號與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)繞組電流信號；采用編碼器模塊分別檢測砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)直線位置與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)角度位置；將電流信號與位置信號輸入磨削力檢測控制裝置，基于砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)繞組直線位置和工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)角度位置信號建立同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中分別計(jì)算兩個驅(qū)動電機(jī)繞組的力矩電流瞬時值，并通過力矩常數(shù)獲得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)和工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)的瞬時電磁推力和電磁轉(zhuǎn)矩；采用相同工藝參數(shù)先執(zhí)行不帶進(jìn)給加工程序，并記錄程序執(zhí)行過程驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號分布；在實(shí)際磨削加工過程以已記錄的電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號為參考值，將實(shí)際采集、計(jì)算所得電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號與參考值相減即可得到相應(yīng)的砂輪磨削力信號，根據(jù)軸零件磨削機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力信號主要對應(yīng)砂輪法向磨削力，工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號主要對應(yīng)砂輪切向磨削力。
本發(fā)明充分利用了軸零件磨削機(jī)床中砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力與砂輪法向磨削力的直接耦合關(guān)系、以及工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與砂輪切向磨削力的直接耦合關(guān)系，通過檢測電機(jī)繞組電流觀測其電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號，實(shí)現(xiàn)砂輪磨削力的間接檢測，從而避免了多軸測力傳感器、旋轉(zhuǎn)測力儀的使用。這簡化了磨削力檢測裝置的硬件方案，保持了磨削機(jī)床原有結(jié)構(gòu)的完整性。本發(fā)明通過記錄不帶進(jìn)給條件下加工程序執(zhí)行過程的驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號分布規(guī)律，獲取工件旋轉(zhuǎn)方向與砂輪進(jìn)給方向的機(jī)床運(yùn)動副摩擦力、加減速力總和并將其視作參考信號，在實(shí)際加工過程中，將測量、計(jì)算所得驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號與參考值現(xiàn)減，實(shí)現(xiàn)摩擦力、加減速力等干擾因素的有效分離，從而獲得準(zhǔn)確的砂輪磨削力信號。本發(fā)明提供的磨削力檢測方法無需對磨削機(jī)床原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，因此對于控制成本、確?？煽啃缘确矫婢哂蟹e極作用。本發(fā)明原理簡單、方案合理、精度高，適用于多種規(guī)格軸零件磨削加工過程的磨削力檢測與加工工藝狀態(tài)監(jiān)控。


附圖為本發(fā)明原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方案作一詳細(xì)闡述。如圖所示，在機(jī)床底座5的導(dǎo)軌上有工件I與砂輪主軸支架11，砂輪主軸支架11上裝有砂輪2，工件帶有工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)4，砂輪2帶有砂輪進(jìn)給驅(qū)動電機(jī)3，工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)4帶有繞組電流檢測單元一 6與旋轉(zhuǎn)角度編碼器模塊7，砂輪進(jìn)給驅(qū)動電機(jī)3帶有繞組電流檢測單元二 8與直線位置編碼器模塊9，繞組電流檢測單元一 6與旋轉(zhuǎn)角度編碼器模塊7、繞組電流檢測單元二 8與直線位置編碼器模塊9連接磨削力檢測控制單元10。本發(fā)明圖示工件I為軸零件，一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法，具體采用如下步驟A、采用繞組電流檢測單元二 8測量砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)3電流信號；采用繞組電流檢測單元一 6測量工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)4電流信號；B、采用直線位置編碼器模塊9檢測砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)4直線位置；采用旋轉(zhuǎn)角度編碼器模塊7檢測工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)3角度位置；C、磨削力檢測控制單元10基于直線位置編碼器模塊9和旋轉(zhuǎn)角度編碼器模塊7采集的砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)4直線位置和工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)3角度位置信號建立同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中分別計(jì)算兩個驅(qū)動電機(jī)的力矩電流瞬時值，并通過力矩常數(shù)獲得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)4和工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)3的瞬時電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩；D、采用相同工藝參數(shù)先執(zhí)行不帶進(jìn)給加工程序，并記錄程序執(zhí)行過程驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號分布；
E、在實(shí)際磨削加工過程以已記錄的電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號為參考值，將實(shí)際采集、計(jì)算所得電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號與參考值相減即可得到相應(yīng)的砂輪磨削力信號。其中，砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)4電磁推力信號主要對應(yīng)砂輪法向磨削力，工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)3電磁轉(zhuǎn)矩信號主要對應(yīng)砂輪切向磨削力。本發(fā)明的繞組電流檢測單元一 6與繞組電流檢測單元二 8可采用精密四線制分流電阻與隔離運(yùn)算放大器電路實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法，其特征在于首先檢測記錄不帶進(jìn)給條件下磨削加工程序執(zhí)行過程的電機(jī)電流信號與位置信號，計(jì)算獲得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號分布規(guī)律，獲取工件旋轉(zhuǎn)方向與砂輪進(jìn)給方向的機(jī)床運(yùn)動副摩擦力、加減速力總和并將其視作參考信號值，在實(shí)際磨削加工過程中，將測量、計(jì)算所得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)的電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號與相應(yīng)的參考信號值現(xiàn)減，即可得到相應(yīng)的砂輪磨削力信號，其中砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力信號主要對應(yīng)砂輪法向磨削力，工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號主要對應(yīng)砂輪切向磨削力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法，其特征在于采用電流檢測裝置分別測量砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)繞組電流信號與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)繞組電流信號；采用編碼器模塊分別檢測砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)直線位置與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)角度位置；將電流信號與位置信號輸入磨削力檢測控制裝置，基于砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)繞組直線位置和工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)角度位置信號建立同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中分別計(jì)算兩個驅(qū)動電機(jī)繞組的力矩電流瞬時值，并通過力矩常數(shù)獲得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)和工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)的瞬時電磁推力和電磁轉(zhuǎn)矩；采用相同工藝參數(shù)先執(zhí)行不帶進(jìn)給加工程序，并記錄程序執(zhí)行過程驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號分布；在實(shí)際磨削加工過程以已記錄的電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號為參考值，將實(shí)際采集、計(jì)算所得電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號與參考值相減即可得到相應(yīng)的砂輪磨削力信號，其中，砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力信號主要對應(yīng)砂輪法向磨削力，工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號主要對應(yīng)砂輪切向磨削力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法，其特征在于所述繞組電流檢測單元采用精密四線制分流電阻與隔離運(yùn)算放大器電路實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械加工方法類，具體是一種軸零件加工過程中的砂輪磨削力檢測方法，其特征在于首先檢測記錄不帶進(jìn)給條件下磨削加工程序執(zhí)行過程的電機(jī)電流信號與位置信號，計(jì)算獲得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號分布規(guī)律，獲取工件旋轉(zhuǎn)方向與砂輪進(jìn)給方向的機(jī)床運(yùn)動副摩擦力、加減速力總和并將其視作參考信號值，在實(shí)際磨削加工過程中，將測量、計(jì)算所得砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)與工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)的電磁推力與電磁轉(zhuǎn)矩信號與相應(yīng)的參考信號值現(xiàn)減，即可得到相應(yīng)的砂輪磨削力信號，其中砂輪進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)電磁推力信號主要對應(yīng)砂輪法向磨削力，工件旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩信號主要對應(yīng)砂輪切向磨削力。本發(fā)明原理簡單、方案合理、精度高，適用于多種規(guī)格軸零件磨削加工過程的磨削力檢測與加工工藝狀態(tài)監(jiān)控。
文檔編號B24B49/10GK102615594SQ20121011751
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者俞紅祥 申請人:浙江師范大學(xué)