本發(fā)明涉及磨削加工過程監(jiān)測方法，具體涉及一種基于比率特征的蝸桿磨削偏磨異常在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、齒輪作為變速箱的核心組件，在傳動(dòng)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。其精度直接影響著傳動(dòng)效率、承載能力以及噪聲水平。磨削是齒輪制造中的關(guān)鍵工序之一，用于對(duì)齒輪齒面進(jìn)行精密加工。

2、傳統(tǒng)的齒輪磨削通常采用蝸桿砂輪進(jìn)行，該過程需要首先進(jìn)行尋齒，以確保砂輪在相鄰齒面的中心線上，從而避免齒面的偏磨現(xiàn)象。然而，現(xiàn)有技術(shù)存在一些問題，例如在蝸桿磨削加工過程中由于熱處理工序?qū)е慢X輪變形，引起齒面形貌誤差；另外，砂輪檢測傳感器位置的偏移和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的往復(fù)精度下降也會(huì)導(dǎo)致偏磨現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3、中國專利cn104759943a公開了一種檢測齒輪形貌及性能的裝置，其主要特征是通過高精密機(jī)床系統(tǒng)和機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行齒輪檢測，包括振動(dòng)信號(hào)和噪聲的采集、齒輪嚙合檢查以及磨削燒傷檢測等。該裝置雖然提高了檢測的精度和自動(dòng)化程度，但其復(fù)雜的檢測流程和系統(tǒng)配置決定了其檢測速度不夠快，且難以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一件齒輪的全面檢測，仍然存在效率問題。并且該裝置在齒輪磨削加工完成后對(duì)齒輪進(jìn)行形貌和性能的檢測，并不能在磨削過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整，仍然依賴于事后檢測來發(fā)現(xiàn)問題，從而存在偏磨風(fēng)險(xiǎn)無法完全規(guī)避的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)的齒輪蝸桿磨削加工過程中存在齒面形貌誤差、偏磨現(xiàn)象，以及采用齒輪檢測中心進(jìn)行齒形和齒向檢測耗時(shí)長且無法完全規(guī)避偏磨風(fēng)險(xiǎn)的不足之處，而提供一種基于比率特征的蝸桿磨削偏磨異常在線監(jiān)測方法。

2、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了如下技術(shù)解決方案：

3、一種基于比率特征的蝸桿磨削偏磨異常在線監(jiān)測方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

4、步驟1、根據(jù)待監(jiān)測工件的工件參數(shù)、加工參數(shù)，計(jì)算蝸桿磨削加工過程的頻率特征，頻率特征包括加工主頻fdz，如下：

5、fdz＝|fd±fn|

6、其中fd為交流電工頻，fn為嚙合頻率，等于待監(jiān)測工件的齒數(shù)z與工件軸轉(zhuǎn)頻fg的乘積；

7、步驟2、采集與待監(jiān)測工件相同的a個(gè)工件完整加工過程的主軸伺服電流數(shù)據(jù)，a為≥9的整數(shù)；a個(gè)工件中，至少有三個(gè)工件的齒槽中心偏差為0，以模擬正常狀態(tài)；至少有三個(gè)工件的齒槽中心偏差為[-r，0)，至少有三個(gè)工件的齒槽中心偏差為(0，b]，以模擬偏磨狀態(tài)；b∈[0.05，0.15]，單位為μm；

8、步驟3、在步驟2得到的主軸伺服電流數(shù)據(jù)中，選擇各工件蝸桿磨削加工過程中粗磨階段連續(xù)的電流數(shù)據(jù)序列；根據(jù)該電流數(shù)據(jù)序列得到各工件的電流數(shù)據(jù)包絡(luò)譜；

9、步驟4、在步驟3中各工件的電流數(shù)據(jù)包絡(luò)譜中，將步驟1中幅值較大的加工主頻fdz作為加工主頻實(shí)際值f′dz，以加工主頻實(shí)際值f′dz為中心，分別向兩邊設(shè)置預(yù)設(shè)帶寬ξ，在頻帶范圍內(nèi)搜索振幅最大值，作為加工主頻頻帶的能量特征fz，并在左邊頻帶、右邊頻帶內(nèi)搜索振幅最大值分別作為左邊頻帶能量特征fl、右邊頻帶能量特征fr，然后計(jì)算左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr，如下：

10、rl＝fz/fl，rr＝fz/fr；

11、步驟5、根據(jù)步驟4中各工件的左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr及所模擬的狀態(tài)，確定閾值；

12、步驟6、采集待監(jiān)測工件完整加工過程的主軸伺服電流數(shù)據(jù)，并按照步驟3、步驟4計(jì)算其左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr，然后根據(jù)步驟5得到的閾值判斷蝸桿磨削加工過程是否發(fā)生偏磨，實(shí)現(xiàn)蝸桿磨削偏磨異常在線監(jiān)測。

13、進(jìn)一步地，步驟1中，所述工件參數(shù)包括待監(jiān)測工件的齒數(shù)z，所述加工參數(shù)包括磨齒機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速、工件軸轉(zhuǎn)速fg、用于控制主軸轉(zhuǎn)速的伺服系統(tǒng)內(nèi)電流傳感器的靈敏度和電流采集頻率。

14、進(jìn)一步地，所述步驟1還包括：

15、通過在蝸桿磨削數(shù)控系統(tǒng)的nc代碼中添加兩個(gè)宏命令分別作為每次蝸桿磨削加工的開始時(shí)間戳和結(jié)束時(shí)間戳，通過opc?ua協(xié)議采集宏命令確定每次蝸桿磨削加工的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。

16、進(jìn)一步地，其特征在于：

17、步驟3中，所述選擇各工件蝸桿磨削加工過程中粗磨階段連續(xù)的電流數(shù)據(jù)序列具體為：在步驟2得到的主軸伺服電流數(shù)據(jù)中，選擇各工件蝸桿磨削加工開始15±5秒后的主軸伺服電流數(shù)據(jù)中連續(xù)10±5秒的電流數(shù)據(jù)序列x(t)。

18、進(jìn)一步地，步驟3中，所述根據(jù)該電流數(shù)據(jù)序列得到各工件的電流數(shù)據(jù)包絡(luò)譜具體為：對(duì)電流數(shù)據(jù)序列x(t)進(jìn)行希爾伯特變換，得到解析信號(hào)公式如下所示：

19、

20、其中，h[]表示希爾伯特變換，τ代表了在積分過程中的時(shí)間點(diǎn)；

21、對(duì)解析信號(hào)去除均值，并取絕對(duì)值，得到新的時(shí)域電流信號(hào)x(t)，計(jì)算公式表示如下，

22、

23、其中，n為解析信號(hào)的樣本數(shù)；

24、對(duì)新的時(shí)域電流信號(hào)x(t)做傅里葉變換，得到電流數(shù)據(jù)包絡(luò)譜，表示如下；

25、

26、其中ω＝2πf，為角頻率，f為嚙合頻率fn，e-jωt為復(fù)指數(shù)函數(shù)，用于將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域。

27、進(jìn)一步地，所述步驟5具體為：統(tǒng)計(jì)齒槽中心偏差不為0的工件的左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr的最大值，將大于最大值且為10的倍數(shù)的整數(shù)作為發(fā)生偏磨的左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr的上限；

28、確定閾值為發(fā)生偏磨的左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr的上限。

29、進(jìn)一步地，步驟6中，所述根據(jù)步驟5得到的閾值判斷蝸桿磨削加工過程是否發(fā)生偏磨具體為：若左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr均大于60，則偏磨公差在允許范圍內(nèi)，判斷為未發(fā)生偏磨，否則判斷為發(fā)生偏磨。

30、進(jìn)一步地，步驟4中，所述預(yù)設(shè)帶寬ξ為1±0.5hz。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

32、(1)本發(fā)明一種基于比率特征的蝸桿磨削偏磨異常在線監(jiān)測方法，通過采集與待監(jiān)測工件相同的a個(gè)工件完整加工過程的主軸伺服電流數(shù)據(jù)，構(gòu)建左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr，并根據(jù)a個(gè)工件所模擬的狀態(tài)，確定閾值，然后采集待監(jiān)測工件完整加工過程的主軸伺服電流數(shù)據(jù)，根據(jù)閾值判斷蝸桿磨削加工過程是否發(fā)生偏磨，實(shí)現(xiàn)對(duì)蝸桿磨削過程中偏磨現(xiàn)象的實(shí)時(shí)監(jiān)測和檢測。此外，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，能夠在加工過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整，防止偏磨的發(fā)生。

33、(2)本發(fā)明基于主軸伺服電流數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析，算法復(fù)雜度低，計(jì)算速度快，可以在蝸桿磨削過程中快速處理和判斷，顯著提高了檢測效率。

34、(3)由于本發(fā)明在加工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，無需額外的檢測工序，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)待監(jiān)測工件的全面檢測，消除了抽檢的局限性，保證了每個(gè)待監(jiān)測工件的加工質(zhì)量。

35、(4)本發(fā)明通過添加宏命令，可以準(zhǔn)確采集磨齒機(jī)每次磨削的伺服電流數(shù)據(jù)。

36、(5)本發(fā)明構(gòu)建的左邊頻帶比率特征rl、右邊頻帶比率特征rr計(jì)算簡單，算法復(fù)雜度低，魯棒性好，計(jì)算速度快，且具有較好的準(zhǔn)確度，能夠替代加工完成后的部分離線檢測程序，縮短產(chǎn)線整體節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率。

37、(6)本發(fā)明通過電流傳感器采集主軸伺服電流數(shù)據(jù)，價(jià)格低廉，相比振動(dòng)信號(hào)還具有信噪比高、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)勢，適用于大批量齒輪生產(chǎn)過程。