專利名稱：利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磨削加工領域中的磨損量在線檢測方法和裝置，即一種利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法和裝置。
背景技術：
在數控磨削加工中，砂輪的磨損會使被加工零件的尺寸發生改變。當被加工零件的尺寸超差時，必須對砂輪的磨損進行補償。傳統的方法是停機由人工對工件尺寸進行檢測，再根據檢測結果確定砂輪的補償量。這種方法生產效率低下，檢測人員勞動強度大，并且在檢測過程中容易弓I入人為誤差。隨著加工系統自動化程度的提高，由于磨削過程中參數復雜，相互關聯，信息量大，再加上磨削的高速和高精度要求，對實時性監控要求非常高，欲獲得良好穩定的加工質量，對加工過程中砂輪磨損的在線檢測與補償技術就越來越重要。原來由工人觀察磨削狀態、測量工件尺寸，憑經驗判斷砂輪是否磨損并做出相應補償的任務改由自動在線檢測系統來承擔。采用在線檢測與補償技術后，可減少人為技術因素引起的誤差，降低了產品不合格率，在有效保證產品質量的同時，提高了生產效率。《制造業自動化》中記載的“基于在線檢測技術的砂輪磨損補償方法研究”給出了一種在線的檢測補償方法，采用在線檢測技術后，能夠將由于人和技術因素引起的故障停機時間減少75%，將有效加工時間由無檢測系統時的10%提高到65%，將機床利用率提高到50%以上，并節省30%以上的加工費用。因此，建立砂輪磨損狀態在線檢測系統，是精密超精密制造領域質量控制的重要課題之一，具有重要的工程意義。砂輪補償量是由砂輪的磨損量直接確定，所以如何在線檢測砂輪的磨損量是砂輪補償問題的關鍵。砂輪的磨損量的在線檢測方法分直接檢測法和間接檢測法。直接檢測法包括聲發射測量法、光導纖維測量法、攝像法、接觸電阻測量法和放電電流測量法等。間接檢測法包括切削力法、扭矩法、切削振動法、工件尺寸法和工件表面粗糙度法等。以上方法均應用于干磨削加工中，而在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因為它具有潤滑、冷卻、 清洗、防銹、降低磨削力和改善工件表面質量等功效，是磨削加工過程不可缺少的生產要素之一。在有磨削液使用的磨削加工中，由于磨削液的存在對信號的采集產生干擾，影響測量精度，甚至無法使用，所以應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下高速旋轉，因此在高速旋轉砂輪表面形成一層空氣附面層即氣流場。氣流場是磨削加工存在砂輪周邊的必然現象，氣流場的壓力大小及其分布規律，與砂輪的磨損量密切相關，因此，通過檢測氣流場的壓力變化就可以計算得到砂輪在磨削過程中的磨損量，進而進行相應的補償。《金剛石與磨料磨具工程》中記載的“磨削區內氣流場速度和壓力分布規律的研究進展”一文對氣流場速度和壓力的分布規律進行了初步探討，但并未給出如何通過氣流場對磨損進行分析的內容
發明內容
本發明的目的就是為解決上述問題，提供一種利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法和裝置，它通過壓力傳感器在線檢測氣流場的壓力變化，從而計算出砂輪磨削過程中的磨損量，最終實現砂輪的補償進給。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法，在磨削加工過程中，采用壓力傳感器實時在線檢測砂輪表面氣流場的動壓力；通過氣流場動壓力的變化分析計算得到磨削過程中砂輪的磨損量，將磨損量作為砂輪的補償進給量，然后通過數控機床系統發出補償進給指令，完成砂輪的補償進給；利用微調機構在砂輪補償進給后對傳感器的位置進行微調，保證氣流場壓力的檢測的靈敏性與精確度。所述間隙與氣流場壓力之間的關系為氣流場動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，氣流場動壓力減小，而且動壓力變化大小與砂輪磨損量根據數學模型計算得到，通過調整砂輪與工件之間的徑向進給量來補償砂輪的磨損量，從而保證零件的加工精度。它包括氣流場壓力檢測裝置，該裝置包括壓力傳感器，壓力傳感器設置在砂輪正上方，兩者間留有間隙；壓力傳感器與位置調整機構連接，同時壓力傳感器還與計算機控制系統連接，構成在線檢測系統。所述位置調整結構為差動螺旋機構，它安裝在機架上，壓力傳感器安裝在差動螺旋機構下部。所述差動螺旋機構包括安裝在機架中的主動螺母，主動螺母具有旋向相同而螺距不等的內、外螺紋，外螺紋與機架配合，主動螺母上部設有搖桿，下部與微調螺桿連接，并通過內螺紋與微調螺桿配合；壓力傳感器安裝在微調螺桿下部；通過搖桿轉動主動螺母，主動螺母沿軸向移動，同時微調螺桿帶動壓力傳感器相對主動螺母沿軸向移動，位移為
I2 = (。-S^YpHn ο所述機架上還設有與主動螺母相配合的測量搖桿轉動角度的轉動定量裝置。所述轉動定量裝置包括指針和刻度盤，刻度盤在機架上端面沉孔的端面上，指針在主動螺母上端面上，其中指針隨主動螺母的轉動而轉動，刻度盤指示其轉過的角度。所述主動螺母的外螺紋的螺距S1大于內螺紋的螺距S2，且Sl/S2 = 1. 2-5。所述計算機控制系統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 轉換器連接，A/D轉換器將測得的氣流場壓力數值與設定的氣流場壓力數值進行比較，比較值送入計算機，計算機與驅動器和伺服電機連接，伺服電機驅動砂輪。本發明總的構思是利用磨削過程中高速旋轉的砂輪表面產生的氣流場，通過壓力傳感器檢測氣流場的動壓力，當砂輪產生磨損時，表面的氣流場會發生相應的變化，壓力傳感器將檢測到的信號傳遞到計算機系統，通過分析計算得到砂輪的磨損量，進而得到所需的補償進給量，然后對數控系統發出補償進給指令，完成砂輪的補償進給。由于氣流場是磨削加工中存在砂輪周邊的必然現象，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信號采集的不利影響。同時由于氣流場中動壓力隨傳感器與砂輪之間的間隙的減小而增大，當砂輪磨損量太大，導致氣流場動壓力值過小，監測動壓力的信號減弱，設有差動螺旋機構，來調整砂輪表面與壓力傳感器之間的間隙距離Iv從而保證了信號的強度，以及對砂輪磨損量檢測的靈敏度和準確性。 本發明將壓力傳感器置于砂輪正上方檢測氣流場的壓力，將檢測到的信號傳遞到計算機控制系統，氣流場的動壓力與砂輪表面和傳感器之間的間隙距離h的數學模型可用下式表式
權利要求
1.一種利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法，其特征是，在磨削加工過程中，采用壓力傳感器實時在線檢測砂輪表面氣流場的動壓力；通過氣流場動壓力的變化分析計算得到磨削過程中砂輪的磨損量，將磨損量作為砂輪的補償進給量，然后通過數控機床系統發出補償進給指令，完成砂輪的補償進給；利用微調機構在砂輪補償進給后對傳感器的位置進行微調，保證氣流場壓力的檢測的靈敏性與精確度。
2.如權利要求1所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法，其特征是，所述間隙與氣流場壓力之間的關系為氣流場動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，氣流場動壓力減小，而且動壓力變化大小與砂輪磨損量根據數學模型計算得到，通過調整砂輪與工件之間的徑向進給量來補償砂輪的磨損量，從而保證零件的加工精度。
3.如權利要求2所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法，其特征是，所述氣流場的動壓力與砂輪表面和傳感器之間的間隙距離％的數學模型用下式表式
4.一種利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損方法用裝置，其特征是，它包括氣流場壓力檢測裝置，該裝置包括壓力傳感器，壓力傳感器設置在砂輪正上方，兩者間留有間隙；壓力傳感器與位置調整機構連接，同時壓力傳感器還與計算機控制系統連接，構成在線檢測系統。
5.如權利要求4所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述位置調整結構為差動螺旋機構，它安裝在機架上，壓力傳感器安裝在差動螺旋機構下部。
6.如權利要求5所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述差動螺旋機構包括安裝在機架中的主動螺母，主動螺母具有旋向相同而螺距不等的內、 外螺紋，外螺紋與機架配合，主動螺母上部設有搖桿，下部與微調螺桿連接，并通過內螺紋與微調螺桿配合；壓力傳感器安裝在微調螺桿下部；通過搖桿轉動主動螺母，主動螺母沿軸向移動，同時微調螺桿帶動壓力傳感器相對主動螺母沿軸向移動，位移為I2 =( -S^pHn ο
7.如權利要求6所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述機架上還設有與主動螺母相配合的測量搖桿轉動角度的轉動定量裝置。
8.如權利要求7所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述轉動定量裝置包括指針和刻度盤，刻度盤在機架上端面沉孔的端面上，指針在主動螺母上端面上，其中指針隨主動螺母的轉動而轉動，刻度盤指示其轉過的角度。
9.如權利要求6所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述主動螺母的外螺紋的螺距S1大于內螺紋的螺距S2，且Sl/S2 = 1. 2-5。
10.如權利要求5所述的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損方法用裝置，其特征是，所述計算機控制系統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轉換器連接，A/D轉換器將測得的氣流場壓力數值與設定的氣流場壓力數值進行比較，比較值送入計算機，計算機與驅動器和伺服電機連接，伺服電機驅動砂輪。
全文摘要
本發明涉及一種利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法和裝置，采用壓力傳感器實時在線檢測砂輪表面氣流場的動壓力；通過氣流場動壓力的變化分析計算得到磨削過程中砂輪的磨損量，進而得到砂輪的補償進給量，然后通過數控機床系統發出補償進給指令，完成砂輪的補償進給；利用微調機構在砂輪補償進給后對傳感器的位置進行微調，保證氣流場壓力的檢測的靈敏性與精確度。本發明適用范圍比較廣，避免了使用磨削液濕磨加工中，磨削液對信號采集造成的不利影響；采用差動螺旋機構作為微調機構，在砂輪補償進給后可以調整壓力傳感器與砂輪之間的間隙，保證了所要采集的動壓力信號的強度，進而保證了計算得到的砂輪磨損量的準確性。
文檔編號B24B49/00GK102343549SQ201110294068
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月7日 優先權日2011年10月7日
發明者李晶堯, 李長河, 韓振魯 申請人:青島理工大學