[發明專利]圓弧形金剛石砂輪精密修整的聲發射在線監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202010470637.2
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111660202A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 陳冰;李時春;鄧朝暉;趙清亮;郭兵;潘永成
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: B24B49/04
• 分類號: B24B49/04;B24B53/14;B24B53/06;B24B1/00
• 代理公司: 北京康達聯禾知識產權代理事務所(普通合伙) 11461
• 代理人: 郭普堂

1.一種圓弧形金剛石砂輪精密修整的聲發射在線監測裝置，其特征在于，包括具有工件主軸(2)和磨削主軸(7)的三直線軸(1,3,16)聯動機床、夾具(5)、金剛石修整滾輪(6)、圓弧形金剛石砂輪(15)、聲發射轉子傳感器(14)、聲發射定子傳感器(13)、豎直位移微調裝置(12)、數據線纜(11)、前置放大器(10)、數據采集卡(9)、計算機(8)，所述金剛石修整滾輪(6)通過夾具(5)安裝在機床工件主軸(2)的真空吸盤(4)上，圓弧形金剛石砂輪(15)安裝在垂直布置的磨削主軸(7)下端部，所述聲發射轉子傳感器(14)安裝在圓弧形金剛石砂輪(15)下端部，與之相對的聲發射定子傳感器(13)安裝在豎直位移微調裝置(12)的平臺上，調整豎直位移微調裝置(12)的位置及豎直方向的高度，使聲發射定子傳感器(13)的信號接收端正對聲發射轉子傳感器(14)的信號發射端，且兩者間距小于1mm，所述聲發射定子傳感器(13)通過線纜(11)連接到前置放大器(10)，再通過線纜(11)連接到數據采集卡(9)上，通過采集卡(9)將數據傳遞到計算(8)機上，金剛石修整滾輪(6)圓柱外表面與圓弧形金剛石砂輪(15)圓弧接觸釋放出聲信號。

2.根據權利要求1所述的一種圓弧形金剛石砂輪精密修整的聲發射在線監測裝置，其特征在于，所述的金剛石修整滾輪的粒度為70#～100#。

3.根據權利要求1所述的一種圓弧形金剛石砂輪精密修整的聲發射在線監測裝置，其特征在于，所述的圓弧金剛石砂輪的結合劑為樹脂基、陶瓷基或者金屬基，粒度為D3～D64。

4.根據權利要求1所述的一種圓弧形金剛石砂輪精密修整的聲發射在線監測裝置，其特征在于，所述的聲發射定子傳感器的信號接收端正對聲發射轉子傳感器的信號發射端，且兩者間距小于1mm。

5.如權利要求1-4任一所述聲發射監測裝置的在線監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：金剛石修整滾輪(6)、圓弧形金剛石砂輪(15)及聲發射傳感器(12、13)的安裝，將金剛石修整滾輪(6)通過夾具(5)安裝在機床工件主軸(2)的真空吸盤(4)上，通過工件主軸(2)驅動金剛石修整滾輪(6)旋轉運動；將圓弧金剛石砂輪(15)由轉接聲發射轉子傳感器(14)的螺栓固定安裝在垂直布置的磨削主軸(7)下端部，由磨削主軸(7)驅動砂輪(15)和聲發射轉子傳感器(14)同時旋轉運動；與之相對的聲發射定子傳感器(13)安裝在豎直位移微調裝置(12)的平臺上，調整豎直位移微調裝置(12)的位置及豎直方向的高度，使聲發射定子傳感器(13)的信號接收端正對聲發射轉子傳感器(12)的信號發射端，且兩者間距小于1mm；

步驟二：聲發射信號接收系統搭建，聲發射定子傳感器(13)通過線纜(11)連接至前置放大器(10)，前置放大器(10)連接至計算機上的數據采集卡(9)，數據采集卡(9)將聲發射時域信號實時呈現在計算機(8)上；

步驟三：金剛石修整滾輪(6)與圓弧形金剛石砂輪(15)的初始位置關系確定，首先確定Y向位置，手動移動機床豎直方向主軸Y軸(3)使金剛石修整滾輪(6)與砂輪(15)磨料層的上表面接觸記錄此時Y向位置坐標Y₁，手動移動機床豎直方向主軸Y軸(3)使金剛石修整滾輪(6)與圓弧形金剛石砂輪(15)磨料層的下表面接觸記錄此時Y向位置坐標Y₂，進而確定圓弧形金剛石砂輪(15)中心平面的Y向位置Y_w＝|Y₁-Y₂|/2，手動移動機床水平方向主軸X軸1使金剛石修整滾輪(6)與圓弧形金剛石砂輪(15)的圓弧頂點直到兩者接觸，進而確定圓弧形金剛石砂輪(15)與金剛石修整滾輪(6)接觸X向位置；由于Z向位置對修整結果影響較小，移動機床水平方向主軸Z軸(16)能保證金剛石修整滾輪(6)頂端超出砂輪Z向頂點位置即可；

步驟四：圓弧插補程序編程，依據金剛石修整滾輪(6)和圓弧形金剛石砂輪(15)的初始位置關系待修整砂輪圓弧(15)和金剛石修整滾輪(6)半徑確定XY平面內的圓弧插補程序和路徑規劃；

步驟五：金剛石修整滾輪(6)對圓弧形金剛石砂輪(15)修整和聲發射信號的采集，采用一定的修整參數，修整參數：修整滾輪轉速為800rpm，砂輪轉速為4000rpm，磨削深度為5μm，進給速度為100mm/min，磨削液為水基乳化液，按照圓弧插補程序和路徑規劃對圓弧形金剛石砂輪(15)進行修整，修整過程中產生的聲信號可通過旋轉的聲發射轉子傳感器(14)的信號發射端通過無線傳輸方式傳遞到固定的聲發射定子傳感器(13)的信號接收端，并由聲發射定子傳感器(13)將聲發射信號傳遞到前置放大器(10)，輸入到數據采集卡(9)中，并實時顯示在計算機(8)上，完成聲信號的數據采集；

步驟六：修整聲發射信號的實時處理，采用Labview軟件對修整過程的聲發射信號進行分析處理，提取修整階段的聲發射特征信號，對其進行均方根處理；

步驟七：判斷修整狀態，依據步驟六實時顯示的聲發射信號均方根的幅值大小、連續性等判斷修整狀態；若聲發射信號均方根的幅值大小出現明顯高于沒有修整時的幅值大小，表明金剛石修整滾輪與砂輪已經接觸上了，進入開始修整狀態；若整個修整過程中存在的聲發射信號均方根的幅值大小連續高于一定正值，且持續時間略小于金剛石修整滾輪一次圓弧插補運動周期時間，表示砂輪整個截面圓弧已經參與金剛石滾輪相互接觸修整，即修整處于結束階段。