專利名稱：內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地說，是一種內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法。
背景技術(shù)：
高精度珩磨是提高工件幾何形狀精度和降低表面粗糙度的一種有效精密加工方法，其加工幾何精度可達(dá)到圓柱度0.5μm，圓柱度1μm，表面粗糙度Ra0.04；在使用性能上，由于珩磨加工面具有交叉網(wǎng)紋，使?jié)櫥偷囊踪A存及油膜的易保持，導(dǎo)致它們不易磨損，從而延長使用壽命。內(nèi)孔立式珩磨加工過程是一種封閉式加工方法，珩磨條狀態(tài)對珩磨加工有重要影響，珩磨條的正常磨損和非正常磨損或破損在珩磨加工中是不可避免，其中珩磨條的正常磨損會在一定程度上影響工件的珩磨質(zhì)量加工尺寸精度、幾何形狀精度和表面光潔度；而珩磨條的非正常磨損和破損不僅嚴(yán)重降低工件加工尺寸精度、幾何形狀精度和表面光潔度，而且還影響到珩磨加工機(jī)床的安全和正常運(yùn)行。因此，保證良好的珩磨條狀態(tài)已成為內(nèi)孔立式珩磨加工過程必須的條件，它也是保證零件的加工形狀精度、尺寸精度和表面光潔度的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，王澤民等人在《機(jī)械加工與自動化》2004年第1期上撰文“珩磨工藝設(shè)計與智能診控專家系統(tǒng)研究與開發(fā)”，該研究方法是運(yùn)用專家系統(tǒng)對珩磨進(jìn)行了系統(tǒng)的工藝設(shè)計，并對工藝過程進(jìn)行了系統(tǒng)診斷。該文研究分析表明通過專家系統(tǒng)豐富的知識積累科學(xué)的推理和準(zhǔn)確的判斷，引導(dǎo)人們采用先進(jìn)科學(xué)的珩磨工藝，排除人工操作的不利影響因素，獲得理想的珩磨網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。但該文在建立專家系統(tǒng)時對珩磨條只考慮了珩磨條的材質(zhì)、粒度、硬度、長度、寬度和結(jié)構(gòu)等。沒有考慮珩磨條狀態(tài)(正常磨損和非正常磨損或破損)，而珩磨條狀態(tài)對珩磨加工形狀精度、加工尺寸精度、表面光潔度和使用性能有重要影響，因此方法很難進(jìn)行珩磨加工過程中的珩磨加工質(zhì)量動態(tài)控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，使其在立式珩磨加工機(jī)床上，能實(shí)現(xiàn)珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控，以保證珩磨加工質(zhì)量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明具體步驟如下(1)功率變換器從珩磨主軸電機(jī)的變頻器采集珩磨主軸電機(jī)的電流和電壓信號，通過運(yùn)算把采集的電流和電壓信號轉(zhuǎn)換成與主軸電機(jī)瞬時功率成正比的電壓信號；(2)功率顯示表從功率變換器接收到與主軸電機(jī)瞬時功率成正比的電壓信號，根據(jù)該電壓信號大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的功率大小并顯示，選擇有信號輸出端口的功率顯示表，以獲得動態(tài)的加工過程的功率信號；(3)計算機(jī)接到數(shù)據(jù)開始采集信號后，數(shù)據(jù)采集卡開始從功率顯示表輸出端口采集珩磨主軸電機(jī)瞬時功率，為實(shí)現(xiàn)無間斷的信號采集，采用雙緩沖技術(shù)；(4)采用LabVIEW(虛擬儀器)技術(shù)實(shí)現(xiàn)珩磨加工過程中在線珩磨主軸電機(jī)功率信號實(shí)時圖形顯示，使操作人員能直觀監(jiān)控珩磨加工過程中珩磨主軸電機(jī)功率變化情況；(5)基于PLC(可編程控制器)技術(shù)編制監(jiān)控子程序，給珩磨主軸電機(jī)瞬時功率設(shè)定珩磨條非正常磨損閾值，通過觸摸屏的閾值設(shè)定界面把閾值輸給珩磨條狀態(tài)監(jiān)控子程序；當(dāng)珩磨主軸電機(jī)功率值大于設(shè)定的閾值時，經(jīng)PLC監(jiān)控子程序處理，向觸摸屏發(fā)出報警信號，提示操作人員更換珩磨條，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)孔珩磨加工過程珩磨條狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。
所述的步驟(3)中，首先將數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序加載到PC機(jī)內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行初始化處理，以便采集卡作好I/O準(zhǔn)備；然后，在LabVIEW采集軟件上對輸入端口設(shè)置采樣頻率、采樣時間和采樣模式，采樣范圍；之后從功率顯示表輸出端口采集功率輸出模擬量信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
所述的雙緩沖技術(shù)是指在一片緩存還在采集的時候，另一片將已經(jīng)采集好的緩存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，兩者必須同時進(jìn)行，這樣反復(fù)就可實(shí)現(xiàn)無間斷的信號采集。
所述的LabVIEW技術(shù)是指信號采集采用Analog Input(模擬輸入)子模板，在其輸入輸出端口進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；信號處理采用Filter(濾波器)子模板，選用Butterworth Filter(巴特沃斯濾波器)，并對它的階次，低截止頻率，高截止頻率，濾波類型進(jìn)行設(shè)置，以便把一些噪聲信號抑制衰減掉；信號圖形化顯示采用Graph(圖形)子模板，選用Waveform Chart(波形圖表顯示)控件，可顯示功率輸出數(shù)字量信號的動態(tài)變化規(guī)律，便于操作人員實(shí)時對功率輸出信號動態(tài)觀測。
所述的步驟(5)中，閾值根據(jù)珩磨條的種類和加工的零材料由觸摸屏方便地重新設(shè)定。
所述的步驟(5)中，從功率顯示表輸出端口輸出的珩磨主軸電機(jī)功率模擬量信號到PLC控制器模擬輸入端口，經(jīng)PLC監(jiān)控子程序處理，用PLC編程的比較指令把輸入模擬量信號與所設(shè)定的功率信號閥值相比較。
所述的步驟(5)中，當(dāng)出現(xiàn)輸入模擬量超過閥值，PLC監(jiān)控子程序中的珩磨條非正常狀態(tài)標(biāo)志位置為1，自動加工程序執(zhí)行條件中珩磨條非正常狀態(tài)標(biāo)志位常閉觸點(diǎn)斷開，自動加工過程停止，同時PLC控制器通過RS232標(biāo)準(zhǔn)接口與觸摸屏通信，觸摸屏上珩磨條非正常狀態(tài)位地址置為1，報警Global D-Script(全局腳本)程序條件被觸發(fā)，彈出界面所使用的U-tag(U標(biāo)志控件)彈出地址位變?yōu)?，觸摸屏上彈示出珩磨條發(fā)生非正常磨損或破損報警信號發(fā)出報警。
在珩磨加工過程中，珩磨條狀態(tài)的變化將使珩磨主軸扭矩發(fā)生變化，因而珩磨主軸驅(qū)動電機(jī)的輸出功率也將發(fā)生變化。研究表明；在相同的加工條件下，當(dāng)珩磨條磨損處于正常磨損階段時，隨著珩磨條磨損的增大，主軸驅(qū)動電機(jī)的輸入功率也將隨之逐漸增加；當(dāng)珩磨條磨損進(jìn)入非正常磨損階段或破損，主軸驅(qū)動電機(jī)的輸入功率將明顯地驟然增大。根據(jù)這些特征，可以通過監(jiān)測珩磨主軸電機(jī)的輸出功率來推斷珩磨條的狀態(tài)。
內(nèi)孔立式珩磨加工過程是一種封閉型加工方法，在珩磨加工中，隨著珩磨條磨損的增大，主軸驅(qū)動電機(jī)的輸入功率也將隨之逐漸增加；特別是當(dāng)珩磨條磨損進(jìn)入非正常磨損階段或破損，主軸驅(qū)動電機(jī)的輸入功率將明顯地驟然增大。根據(jù)這一特征，基于珩磨主軸電機(jī)功率、LabVIEW技術(shù)和PLC控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)孔零件珩磨加工過程中珩磨條的狀態(tài)監(jiān)控，對保證內(nèi)孔珩磨加工高的加工形狀精度、高的表面光潔度和使用性能具有重要意義。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例是在自主研發(fā)的MB2-50型立式珩磨機(jī)上進(jìn)行的。零件是汽車發(fā)動機(jī)用的噴油嘴工件直徑Φ12mm，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速1200(rpm)，油缸往復(fù)速度140(mm/s)，往復(fù)沖程長度50(mm)，在一次精珩磨加工循環(huán)過程中，珩磨機(jī)最多提供三段珩磨進(jìn)給，同時附加有非進(jìn)給的短沖程和光整加工階段。具體參數(shù)設(shè)定如下1)第一次進(jìn)給總進(jìn)給量4(μm)，每往復(fù)沖程進(jìn)給量1(μm)，往復(fù)4次。
2)第二次進(jìn)給總進(jìn)給量1.6(μm)，每往復(fù)沖程進(jìn)給量0.4(μm)，往復(fù)4次。
3)第三次進(jìn)給總進(jìn)給量0.4(μm)，每往復(fù)沖程進(jìn)給量0.1(μm)，往復(fù)4次。
4)光整往復(fù)4次數(shù)據(jù)采集采用NI6024E采集卡，在LabVIEW軟件采用Analog Input子模板上設(shè)置輸入端口采樣頻率為3000Hz、采樣時間60s和采樣范圍為±5V，信號采集通道為0。信號處理采用濾波子模板，選用Butterworth濾波器，設(shè)置它的階次為2，低截止頻率10Hz，濾波類型為低通濾波器，以便把一些噪聲信號抑制衰減掉；加工循環(huán)的工作過程中，自動加工循環(huán)開始后，首先進(jìn)行快速擴(kuò)張運(yùn)動，然后是順次進(jìn)行的進(jìn)給1、2、3，中間可以附加非進(jìn)給的短沖程運(yùn)動，可通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)定，第三次進(jìn)給完成后，進(jìn)行光整加工，光整加工4個循環(huán)后，最后快速退回。由試驗(yàn)結(jié)果可知功率信號較為明顯地分為四個階段，并且每一段都比較平穩(wěn)，這是因?yàn)殓衲l處于正常工作階段，珩磨條狀態(tài)屬于正常磨損，功率信號這四個階段分別對應(yīng)于珩磨過程中三次不同進(jìn)給量的珩磨過程和光整珩磨加工過程，并且功率信號值依次減小，這是由于第一次進(jìn)給、第二次進(jìn)給和第三次進(jìn)給量逐漸增大所至。
隨著加工零件件數(shù)的增多珩磨條磨損也逐漸增加，對應(yīng)每一段珩磨主軸功率信號值也相應(yīng)增大，這是由于珩磨條磨損所導(dǎo)至，當(dāng)珩磨條進(jìn)入非正常磨損時，對應(yīng)每一段珩磨主軸功率信號值將明顯地驟然增大，通過觸摸屏的閾值設(shè)定界面給珩磨條狀態(tài)監(jiān)控子程序?qū)?yīng)每一段設(shè)置閾值為珩磨條正常狀態(tài)下的功率信號值2.5倍，當(dāng)功率信號值大于所設(shè)定的閾值，PLC控制器接收到珩磨條磨損或破損信號，經(jīng)PLC監(jiān)控子程序處理，向觸摸屏發(fā)出報警信號，表明珩磨條處于非正常磨損或破損，觸摸屏提示操作人員更換珩磨條，實(shí)現(xiàn)對珩磨加工過程珩磨條狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)功率變換器從珩磨主軸電機(jī)的變頻器采集珩磨主軸電機(jī)的電流和電壓信號，通過運(yùn)算把采集的電流和電壓信號轉(zhuǎn)換成與主軸電機(jī)瞬時功率成正比的電壓信號；(2)功率顯示表從功率變換器接收到與主軸電機(jī)瞬時功率成正比的電壓信號，根據(jù)該電壓信號大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的功率大小并顯示，選擇有信號輸出端口的功率顯示表，以獲得動態(tài)的加工過程的功率信號；(3)計算機(jī)接到數(shù)據(jù)開始采集信號后，數(shù)據(jù)采集卡開始從功率顯示表輸出端口采集珩磨主軸電機(jī)瞬時功率，為實(shí)現(xiàn)無間斷的信號采集，采用雙緩沖技術(shù)；(4)采用LabVIEW技術(shù)實(shí)現(xiàn)珩磨加工過程中在線珩磨主軸電機(jī)功率信號實(shí)時圖形顯示，使操作人員能直觀監(jiān)控珩磨加工過程中珩磨主軸電機(jī)功率變化情況；(5)基于PLC技術(shù)編制監(jiān)控子程序，給珩磨主軸電機(jī)瞬時功率設(shè)定珩磨條非正常磨損閾值，通過觸摸屏的閾值設(shè)定界面把閾值輸給珩磨條狀態(tài)監(jiān)控子程序；當(dāng)珩磨主軸電機(jī)功率值大于設(shè)定的閾值時，經(jīng)PLC監(jiān)控子程序處理，向觸摸屏發(fā)出報警信號，提示操作人員更換珩磨條，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)孔珩磨加工過程珩磨條狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的步驟(3)中，首先將數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序加載到PC機(jī)內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行初始化處理，以便采集卡作好I/O準(zhǔn)備；然后，在LabVIEW采集軟件上對輸入端口設(shè)置采樣頻率、采樣時間和采樣模式，采樣范圍；之后從功率顯示表輸出端口采集功率輸出模擬量信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的雙緩沖技術(shù)是指在一片緩存還在采集的時侯，另一片將已經(jīng)采集好的緩存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，兩者必須同時進(jìn)行，這樣反復(fù)就可實(shí)現(xiàn)無間斷的信號采集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的LabVIEW技術(shù)是指信號采集采用Analog Input子模板，在其輸入輸出端口進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的LabVIEW技術(shù)是指信號處理采用Filter子模板，選用Butterworth Filter，并對它的階次，低截止頻率，高截止頻率，濾波類型進(jìn)行設(shè)置，以便把一些噪聲信號抑制衰減掉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的LabVIEW技術(shù)是指信號圖形化顯示采用Graph子模板，選用Waveform Chart控件，可顯示功率輸出數(shù)字量信號的動態(tài)變化規(guī)律，便于操作人員實(shí)時對功率輸出信號動態(tài)觀測。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的步驟(5)中，閾值根據(jù)珩磨條的種類和加工的零材料由觸摸屏方便地重新設(shè)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的步驟(5)中，從功率顯示表輸出端口輸出的珩磨主軸電機(jī)功率模擬量信號到PLC控制器模擬輸入端口，經(jīng)PLC監(jiān)控子程序處理，用PLC編程的比較指令把輸入模擬量信號與所設(shè)定的功率信號閥值相比較。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，其特征是，所述的步驟(5)中，當(dāng)出現(xiàn)輸入模擬量超過閥值，PLC監(jiān)控子程序中的珩磨條非正常狀態(tài)標(biāo)志位置為1，自動加工程序執(zhí)行條件中珩磨條非正常狀態(tài)標(biāo)志位常閉觸點(diǎn)斷開，自動加工過程停止，同時PLC控制器通過RS232標(biāo)準(zhǔn)接口與觸摸屏通信，觸摸屏上珩磨條非正常狀態(tài)位地址置為1，報警GlobalD-Script程序條件被觸發(fā)，彈出界面所使用的U-tag彈出地址位變?yōu)?，觸摸屏上彈示出珩磨條發(fā)生非正常磨損或破損報警信號發(fā)出報警。
全文摘要
一種內(nèi)孔立式珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控的方法，屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下步驟(1)功率變換器從珩磨主軸電機(jī)的變頻器采集珩磨主軸電機(jī)的電流和電壓信號；(2)功率顯示表從功率變換器接收到與主軸電機(jī)瞬時功率成正比的電壓信號，選擇有信號輸出端口的功率顯示表；(3)計算機(jī)接到數(shù)據(jù)開始采集信號后，數(shù)據(jù)采集卡開始從功率顯示表輸出端口采集珩磨主軸電機(jī)瞬時功率；(4)采用Lab VIEW技術(shù)實(shí)現(xiàn)珩磨加工過程中在線珩磨主軸電機(jī)功率信號實(shí)時圖形顯示；(5)基于PLC技術(shù)編制監(jiān)控子程序，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)孔珩磨加工過程珩磨條狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。本發(fā)明在立式珩磨加工機(jī)床上，能實(shí)現(xiàn)珩磨加工過程中珩磨條狀態(tài)監(jiān)控，以保證珩磨加工質(zhì)量。
文檔編號B24B49/16GK1775476SQ20051011066
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者馬春翔, 潘銘躍, 時輪, 王偉方, 郭常寧, 王艷, 潘拯 申請人:上海交通大學(xué)