[發明專利]利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法和裝置

有效

• 申請號: 201110294068.1
• 申請日: 2011-10-07
• 公開（公告）號: CN102343549A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 李長河;韓振魯;李晶堯
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B24B49/00
• 分類號: B24B49/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

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引入人為誤差。

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h₀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h₀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：