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一種砂輪磨損及g比率的測量裝置的制造方法

文檔序號:9031186閱讀:1396來源:國知局
一種砂輪磨損及g比率的測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及磨削加工領(lǐng)域的實驗裝置及其磨削溫度和磨削力測量裝置,具體 的為一種砂輪磨損及G比率的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨削加工實質(zhì)上是一種由大量無規(guī)則的離散分布在砂輪工作面上的磨粒所完成 的劃擦、耕犁和切削作用的隨機綜合。借助砂輪表面的大量磨粒切削刃去除材料的一種加 工方法,作為一種獲得高精度、低粗糙的加工表面以及對高硬度表面進行精加工的工藝方 法,在制造加工技術(shù)領(lǐng)域占有十分重要的地位。隨著現(xiàn)代化制造技術(shù)的發(fā)展,磨削加工在切 削加工中的比重越來越大,成為現(xiàn)代制造技術(shù)的關(guān)鍵。提高磨削加工效率、加工精度和減 少砂輪磨損一直是磨削領(lǐng)域研宄的重要內(nèi)容。砂輪磨損機理一直是國內(nèi)外致力于探討的問 題,其中砂輪磨損可分為磨耗磨損、破碎磨損和堵塞粘附,磨耗磨損時由砂粒和工件之間摩 擦而引起的;破碎磨損是砂粒的破碎或結(jié)合劑的破碎,它取決于磨削力的大小和結(jié)合劑的 強度。磨削過程中隨著被磨材料體積的增加,砂輪磨損逐漸增大,對砂輪的磨損與金屬材料 磨除體積之間的關(guān)系,有關(guān)學(xué)者把砂輪的磨損過程分為三個磨損期,當(dāng)砂輪修整之后,初期 磨損階段主要是磨粒的破碎和整體脫落,其原因是修整后的砂輪工作表面上磨粒受修整工 具沖擊而產(chǎn)生裂紋。在磨削力作用下,產(chǎn)生裂紋的磨粒會出現(xiàn)大塊碎裂,而松動的磨粒則會 整體脫落,表現(xiàn)曲線上升較陡。第二期磨損階段,即正常磨損階段,因在力的作用下,仍會有 一些磨粒破碎,但主要是磨粒經(jīng)歷長時間的切削鈍化,為磨耗磨損。由于該階段磨粒切削刃 較穩(wěn)定的切削,使砂輪的磨損曲線變得比較平坦。第三期磨損階段,由于磨粒切削刃進一 步鈍化,使作用在磨粒上的力急劇增大,導(dǎo)致磨粒產(chǎn)生大塊碎裂、結(jié)合劑破碎及整個磨粒脫 落。此時曲線上升很陡,砂輪不能正常工作。
[0003] 所謂聲發(fā)射現(xiàn)象是固體材料由于結(jié)構(gòu)變化引起應(yīng)變能的快速釋放而產(chǎn)生的彈性 波,簡稱AE。在外力作用下,材料中的缺陷或微觀不均勻處于應(yīng)力集中狀態(tài),這種狀態(tài)是一 種極不穩(wěn)定的高能狀態(tài),必然要過渡到低能狀態(tài),如果這種過渡是在瞬間快速進行的,則多 余能量的一部分將以彈忡波的形式放出,從而產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象,它可用固定在固體表面的 AE傳感器檢測出來。磨削過程是一個很復(fù)雜的過程,磨削區(qū)具有相當(dāng)高的變形率和摩擦磨 損以及金屬相變、沖擊、砂粒的崩碎、切削液的沖擊等現(xiàn)象,這些都是強裂的聲發(fā)射源。Hunt W等學(xué)者研宄了磨削過程中產(chǎn)生的各種聲發(fā)射源,指出當(dāng)砂輪與工件彈性接觸、砂輪粘結(jié)劑 破裂、砂輪磨粒崩碎、砂輪磨粒與工件摩擦、工件表面裂紋等均可發(fā)射出彈性波。這些因素 和工件材料、磨削條件、砂輪表面的狀態(tài)等因素都有著密切的關(guān)系;這些因素的改變必然會 引起聲發(fā)射信號的幅值、頻譜等方面發(fā)生變化,這就使得我們可以通過檢測聲發(fā)射信號的 變化來對磨削狀態(tài)進行判別。影響磨削過程的因素特別多,如磨削過程中砂輪的磨損、對刀 精度等,僅靠操作者來獲得較好的磨削效果難度較大,迫切需要找到一種對磨削加丁進行 在線監(jiān)測的方法。1984年以來,聲發(fā)射技術(shù)被引入磨削研宄領(lǐng)域,利用它來監(jiān)測磨削質(zhì)量 (主要包括磨削裂紋和磨削燒傷)、磨削過程(包括砂輪磨損、砂輪與工件接觸等)以及砂 輪參數(shù)的測定(砂輪修整質(zhì)量參數(shù)和砂輪硬度等),并取得了令了滿意的效果。
[0004] 磨削力是磨削過程中的重要物理量。磨削力來源于工件與砂輪接觸后引起的彈性 變形、塑性變形、切削形成以及磨粒和結(jié)合劑與工件表面之間的摩擦作用。磨削力與砂輪的 耐用度、磨削表面粗糙度、G比率等均有直接關(guān)系。磨削過程中所切下的磨肩雖然很小,每 顆磨粒上承受的磨削力也很小,但大量同時進行切削的細(xì)小磨粒上所受到的力的總和就可 以產(chǎn)生較大的磨削力。當(dāng)切出的磨削斷面積愈大、數(shù)量愈多、被加工材料的強度愈大時,磨 削力就愈大;而砂輪的工作表面愈鋒利,則磨削力就愈小。磨削過程中的磨削溫度測量也是 十分必要的,因為磨削過程中磨削能較其他切削方法大很多倍,這些能量絕大部分轉(zhuǎn)化為 熱能,而這些熱能的分配與其他切削方式也有很大的不同,其中絕大部分約80 %的磨削熱 傳入工件(車削約3 %~9 % ),切肩帶走約4%~8 %,砂輪帶走約10 %~16 %,另有少部 分以傳導(dǎo)和輻射形式散出。由于磨削速度高,熱量來不及傳入工件深處而瞬時集聚在很薄 的表層,形成表層中極大的溫度梯度。進入工件的熱量將引起工件表層溫度的顯著升高,造 成局部高溫和過大的溫度梯度,從而產(chǎn)生工件尺寸形狀偏差,表面變質(zhì)層,以及表面燒傷和 裂紋等加工缺陷。磨削產(chǎn)生的高溫對砂輪磨粒的切削性能也有很大的影響,會降低砂輪的 使用壽命。
[0005] 目前,砂輪磨損的檢測方法很多,按是否直接對砂輪進行測量分為直接測量和間 接測量;按檢測時是否接觸,可分為接觸式和非接觸式檢測。檢測方法主要有滾動復(fù)印法, 觸針測量法,基于CCD相機的計算機圖像處理法,激光功率譜法和聲發(fā)射監(jiān)測法。也有研宄 人員對砂輪的磨損量測量提出針對性的測量方法,如采用氣動磨損測量儀對砂輪進行在線 測量;砂輪磨損量測量還有其他的辦法,比如直接采用卡尺對砂輪進行測量,通過多次測量 求取砂輪磨損前后的平均值進行對比;也可參與激光測距法對砂輪的表面形貌進行測量, 該測量方法既可以測的砂輪的宏觀特性數(shù)據(jù),也可以測得砂輪的微觀特性參數(shù)。
[0006] G比率(是指同一磨削條件下去除工件材料的體積與砂輪磨損體積之比),它也是 表征可磨削性的重要參數(shù),是選擇砂輪及磨削用量的主要依據(jù),G比率的大小是表示砂輪使 用經(jīng)濟性的一個重要指標(biāo),當(dāng)G值越大時,表示消耗單位體積砂輪可以磨去更多的被加工 材料,砂輪的經(jīng)濟性能就越好。
[0007] 經(jīng)檢索,已有專利號為ZL201310334856. 8的基于聲發(fā)射信號的銑削加工表面粗 糙度在線預(yù)測方法,在被銑削加工零件上安裝一個聲發(fā)射傳感器,利用聲發(fā)射傳感器對銑 削加工時被銑削加工零件材料變形所釋放出的聲發(fā)射信號進行監(jiān)測;根據(jù)銑削加工理論中 銑肩厚度的變化反映銑削加工表面粗糙度的理論,利用聲發(fā)射信號對實際加工中銑肩厚度 變化的敏感反應(yīng),對所探測到的被加工零件在加工時所釋放出來的聲發(fā)射信號進行分析和 處理來預(yù)測銑削加工表面粗糙度的大小。該實用新型只實現(xiàn)了銑削加工時在線預(yù)測銑削加 工表面粗糙度的大小,并不能實現(xiàn)砂輪磨損量的測量,值得的改進。
[0008] 經(jīng)檢索,已有專利號為ZL200520047712. 5的一種砂輪磨損測量及加工誤差補償 裝置,它包括砂輪架,金剛筆,數(shù)控系統(tǒng),聲發(fā)射傳感器,聲發(fā)射信號處理裝置。金剛石筆作 砂輪定位的基準(zhǔn),安裝固定在磨床床身上砂輪架前面,砂輪架側(cè)面上固定安裝聲發(fā)射傳感 器,聲發(fā)射傳感器的輸出信號經(jīng)聲發(fā)射信號處理裝置的濾波和閾值計算后輸入至機床數(shù)控 系統(tǒng),用于砂輪磨損量的測量并通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)磨損量的自動補償。但該裝置只是使用 聲發(fā)射技術(shù)定性檢測砂輪的磨損情況,并不能進一步定量測量出砂輪的磨損量,該裝置有 值得改進之處。
[0009] 經(jīng)檢索,已有專利號為ZL201110294068. 1的利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損 的方法和裝置,該裝置采用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(shù)控機床系統(tǒng)發(fā)出補償進給指令,完成砂輪的補償進給;利用微調(diào)機構(gòu)在砂 輪補償進給后對傳感器的位置進行微調(diào),保證氣流場壓力的檢測的靈敏性與精確度。它適 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(gòu)作為微調(diào)機構(gòu),在砂輪補償進給后可以調(diào)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(zhǔn)確性。但是該 裝置只是最終測量出砂輪工作前后直徑大小的差值,而實際砂輪磨損主要是磨粒的磨損, 此方法存在很大的誤差。該裝置也沒有磨削溫度和磨削力的檢測裝置來側(cè)面反映砂輪的磨 損情況。
[0010] 經(jīng)檢索,專利號為ZL201210490401. 0的納米粒子射流微量潤滑磨削表面粗糙度 預(yù)測方法和裝置,它包括一個傳感器杠桿,所述傳感器杠桿左端設(shè)有觸針,觸針與砂輪
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