平面磨削有效切深在線測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種平面磨削有效切深在線測量方法，首先將聲發(fā)射傳感器安裝在機床加工區(qū)域，測量平面磨削穩(wěn)定狀態(tài)的聲發(fā)射信號值，然后以聲發(fā)射信號呈指數(shù)下降趨勢計算出系統(tǒng)時間常數(shù)；最后推導(dǎo)出有效切深量與砂輪彈性退讓量的比例，計算磨削臨界時間及工件有效切深量。用聲發(fā)射傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，聲發(fā)射傳感器可以安裝在加工區(qū)域的任何位置，克服目前由于位移傳感器測量所帶來的缺陷，有效簡化精密零件的加工工藝流程，降低加工成本，提高整個工藝流程效率。
【專利說明】
平面磨削有效切深在線測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量技術(shù)，特別涉及一種平面磨削有效切深在線測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨削是一種精加工方法，磨削的加工工藝和加工效率決定了最終的加工精度。其 中平面磨削是零件的一種重要加工方法，獲得的表面質(zhì)量好，精度高。在平面磨削加工過程 中，機床的加工精度以及操作者的技術(shù)水平主要決定了磨削質(zhì)量和效率，而目前在進(jìn)行平 面磨削加工過程中，工件的實際切深往往依賴于位移傳感器的測量，位移傳感器的安裝位 置也決定了其測量的精度，為提高和改善平面磨削加工工藝流程，會對加工過程工件的尺 寸精度進(jìn)行實時在線測量。目前，主要的在線測量方法是將位移傳感器安裝在平面磨床的 相應(yīng)位置，盡可能的靠近工件，實時測量工件的切削變化量。而這些限制因素使得工件在實 際生產(chǎn)過程中效率較低，增大了加工成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是針對平面磨削實際切深依賴位移傳感器的測量，測量效率低的問題，提 出了一種平面磨削有效切深在線測量方法，通過采集的聲發(fā)射信號計算實現(xiàn)磨削過程中有 效切深與砂輪彈性退讓的比例關(guān)系，在線快速獲得工件的尺寸信息。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種平面磨削有效切深在線測量方法，具體包括如下步驟：
[0005] 1)穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值測定:安裝工件、聲發(fā)射傳感器，進(jìn)行加工操作，重 復(fù)實驗η次，記錄每次穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信號，值記為AE n;
[0006] 2)根據(jù)穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值A(chǔ)En呈現(xiàn)指數(shù)衰減，求取平面磨削時間常數(shù)τ;
[0007] 3)根據(jù)公式計算出有效切深與砂輪彈性退讓的比例
U為達(dá) 到穩(wěn)定磨削階段的臨界時間，即從砂輪接觸到工件時開始，到工件產(chǎn)生彈性退讓結(jié)束的時 間；t為磨削時間；
[0008] 帶入平面磨削有效切深表達(dá)式十算出工件有效切深，fd為公稱進(jìn)給 量。
[0009] 所述步驟1)穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值測定具體步驟如下：
[0010] 首先實驗在立式平面磨床上進(jìn)行，將工件固定在工作臺上，與工作臺相連的矩形 電磁吸盤供電吸合，聲發(fā)射傳感器安裝在工作臺側(cè)面，用于測量穩(wěn)定磨削階段聲發(fā)射信號 值，試磨非基準(zhǔn)面，進(jìn)行對刀操作；
[0011]然后以切深agl進(jìn)行一次平端面試加工，砂輪進(jìn)行基準(zhǔn)面往復(fù)切削，將基準(zhǔn)面進(jìn)行 平整，檢驗所有部件安裝和操作；
[0012] 最后進(jìn)行加工操作，測定穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值：
[0013] 砂輪從起刀點M以恒速Vd，切深ag2進(jìn)給切削，當(dāng)砂輪接觸到工件一段時間后進(jìn)入穩(wěn) 定狀態(tài)，測量穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值，對所有采樣點求平均值，該值作為穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā) 射信號值記為AE1，當(dāng)?shù)毒唠x開工件回到起刀點M，完成第一次實驗過程，重復(fù)實驗過程，往 復(fù)進(jìn)行η次實驗，記錄對應(yīng)的聲發(fā)射信號值記AE n。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明平面磨削有效切深在線測量方法，用聲發(fā)射傳感 器進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，聲發(fā)射傳感器可以安裝在加工區(qū)域的任何位置，克服目前由于位移傳感 器測量所帶來的缺陷，有效簡化精密零件的加工工藝流程，降低加工成本，提高整個工藝流 程效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明平面磨削有效切深在線測量方法步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 如圖1所示，本發(fā)明的平面磨削有效切深量檢測步驟包括：
[0017] (1)穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值測定：
[0018] 1)安裝工件、聲發(fā)射傳感器，進(jìn)行對刀操作：
[0019] 首先實驗在立式平面磨床上進(jìn)行，將光學(xué)玻璃(工件）固定在工作臺上，與工作臺 相連的矩形電磁吸盤供電吸合。聲發(fā)射傳感器安裝在工作臺側(cè)面，用于測量穩(wěn)定磨削階段 聲發(fā)射信號值。試磨非基準(zhǔn)面，進(jìn)行對刀操作。
[0020] 2)進(jìn)行平端面操作：
[0021] 以切深agl進(jìn)行一次平端面試加工，砂輪進(jìn)行基準(zhǔn)面往復(fù)切削，將基準(zhǔn)面進(jìn)行平整。 檢驗所有部件安裝和操作。
[0022] 3)進(jìn)行加工操作，測定聲發(fā)射信號值：
[0023]砂輪從起刀點M以恒速Vd，切深ag2進(jìn)給切削，當(dāng)砂輪接觸到工件一段時間后進(jìn)入穩(wěn) 定狀態(tài)，測量穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值，對所有采樣點求平均值，該值作為穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā) 射信號值記為AE1，當(dāng)?shù)毒唠x開工件回到起刀點M，完成第一次實驗過程。第二次實驗砂輪同 樣從起刀點M以恒速Vd，切深a g2進(jìn)給切削，測得穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信號值記為AE2，完成第二次 實驗過程。以此類推，往復(fù)進(jìn)行16次實驗，實驗次數(shù)記為n，對應(yīng)的聲發(fā)射信號值記AE n。
[0024] (2)平面磨削時間常數(shù)：
[0025]根據(jù)穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值A(chǔ)En呈現(xiàn)指數(shù)衰減：
[0026] AEn=AEie(-η/τ) (I)
[0027] 時丨初常教τ誦忖伸加擬的晶/1、均方差算法實現(xiàn)，計算公式：
[0028]
(2)
[0029]式中^是在給定的實驗次數(shù)內(nèi)，施加在采集數(shù)據(jù)值的加權(quán)函數(shù)。假定噪聲干擾是 近似恒定的幅值，并且存在于整個衰變周期內(nèi)，采用線性聲發(fā)射信號值確定加權(quán)函數(shù)為
汁算獲得wn。
[0030] (3)工件有效切深量計算：
[0031] 由于在平面磨削加工過程中，磨床彈性變形造成砂輪與工件接觸產(chǎn)生彈性退讓y (t)，實際進(jìn)給量fd(t)小于公稱進(jìn)給量fd(fd = Vdt)，Vd為進(jìn)給速度，
[0032] 公稱進(jìn)給量即為：
[0033] fd = vdt = fd(t)+y(t) '°、
[0034] 令有效切深與彈性退讓的比$ (4)
[0035] 式中t為磨削時間；丨為實際進(jìn)給量變化速度。
[0036]將公式(3)帶入公式(4)得：
[0037]
(5)
[0038]由公式(3)和公式(4)，得：
[0039]
[0040] 該微分方程的解為：
（6)
[0041] 對公式(6)求導(dǎo)帶入公式(5)得：
[0042]
(7)
[0043]其中ts為達(dá)到穩(wěn)定磨削階段的臨界時間，即從砂輪接觸到工件時開始，到工件產(chǎn) 生彈性退讓結(jié)束的時間。從砂輪接觸工件開始后每隔0.1秒，實時測量并計算0.1秒內(nèi)聲發(fā) 射信號值的變化梯度，設(shè)定閾值T shre3shcild,當(dāng)梯度值小于閾值時即達(dá)到穩(wěn)定磨削狀態(tài)，該段 時間即為臨界時間ts。
[0044] 由公式(3)和公式(4)推導(dǎo)得平面磨削有效切深表達(dá)式為：
[0045]
(8；
[0046] 將實驗次數(shù)η和對應(yīng)的聲發(fā)射信號值帶入公式(2)計算出系統(tǒng)時間常數(shù)，再帶入公 式(7)計算出有效切深與砂輪彈性退讓的比例，最后帶入公式(8)計算出工件有效切深。 [0047]以下為本發(fā)明的一個實施例：
[0048] (1)首先將光學(xué)玻璃表面進(jìn)行平整，以切深agl進(jìn)行試加工。砂輪以恒定速度Vd，切 深ag2進(jìn)給磨削工件表面，當(dāng)砂輪接觸工件一段時間進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，測量出第一次磨削過程 中穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信號值A(chǔ)E1Sl. 23，第二次磨削過程中穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信號值A(chǔ)E2Sl. 14。 [0049] (2)磨削系統(tǒng)時間常數(shù)計算
[0050]將聲發(fā)射信號值，Wt二= 帶入公式（2)，得到磨削系統(tǒng)時間常數(shù)τ = 2.78s〇
[0051 ] (3)有效切深量計算
[0052]閾值Tshreshcild設(shè)定為0.05秒，當(dāng)相鄰時間段梯度值小于閾值時測得該段時間為 15.4s，即臨界時間ts為15.4s,帶入公式(7)得I = 4.55。當(dāng)公稱進(jìn)給量fd = 20um，帶入公式 (9)得有效切深為16·4μπι。
【主權(quán)項】
1. 一種平面磨削有效切深在線測量方法，其特征在于，具體包括如下步驟： 1) 穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值測定:安裝工件、聲發(fā)射傳感器，進(jìn)行加工操作，重復(fù)實 驗n次，記錄每次穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信號，值記為AE n; 2) 根據(jù)穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值A(chǔ)En呈現(xiàn)指數(shù)衰減，求取平面磨削時間常數(shù)t; 3) 根據(jù)公式計算出有效切深與砂輪彈性退讓的比例，ts為達(dá)到穩(wěn)定 磨削階段的臨界時間，即從砂輪接觸到工件時開始，到工件產(chǎn)生彈性退讓結(jié)束的時間；t為 磨削時間； 帶入平面磨削有效切深表達(dá)式?計算出工件有效切深，fd為公稱進(jìn)給量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述平面磨削有效切深在線測量方法，其特征在于，所述步驟1)穩(wěn)定 磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值測定具體步驟如下： 首先實驗在立式平面磨床上進(jìn)行，將工件固定在工作臺上，與工作臺相連的矩形電磁 吸盤供電吸合，聲發(fā)射傳感器安裝在工作臺側(cè)面，用于測量穩(wěn)定磨削階段聲發(fā)射信號值，試 磨非基準(zhǔn)面，進(jìn)行對刀操作； 然后以切深agl進(jìn)行一次平端面試加工，砂輪進(jìn)行基準(zhǔn)面往復(fù)切削，將基準(zhǔn)面進(jìn)行平整， 檢驗所有部件安裝和操作； 最后進(jìn)行加工操作，測定穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值： 砂輪從起刀點M以恒速Vd，切深ag2進(jìn)給切削，當(dāng)砂輪接觸到工件一段時間后進(jìn)入穩(wěn)定狀 態(tài)，測量穩(wěn)定磨削狀態(tài)聲發(fā)射信號值，對所有采樣點求平均值，該值作為穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信 號值記為AEi，當(dāng)?shù)毒唠x開工件回到起刀點M，完成第一次實驗過程，重復(fù)實驗過程，往復(fù)進(jìn) 行n次實驗，記錄對應(yīng)的聲發(fā)射信號值記AE n。
【文檔編號】G01B17/00GK106041737SQ201610364115
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】姜晨, 吳濤, 程金義, 王鵬, 郝宇, 陸葳坪
【申請人】上海理工大學(xué)