濕磨過(guò)程中壓力在線測(cè)量的砂輪磨損自補(bǔ)償

劉桂敏

摘 要：本文采用了一種濕磨過(guò)程中基于壓力在線測(cè)量的砂輪磨損自動(dòng)補(bǔ)償方法。結(jié)果表明，隨著間隙長(zhǎng)度的增加，壓力減小。磨粒尺寸為235μm的砂輪在磨損量為0.45μm時(shí)，離散差約為1.2%。在1.2μm以內(nèi)的補(bǔ)償下，使用磨損反饋的工件尺寸誤差小于設(shè)備進(jìn)給分辨率。

關(guān)鍵詞：砂輪磨損；自動(dòng)補(bǔ)償；在線檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TG743；TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）14-0051-02

Grinding Wheel Wear Self Compensation for On-line

Measurement of Pressure in Wet Grinding Process

LIU Guimin

（Changchun UP Optotech Co.，Ltd.，Changchun Jilin 130033）

Abstract： In this paper， an automatic compensation method for grinding wheel wear based on pressure on-line measurement was adopted in this paper. The result showed that， as the gap length increases， the pressure decreased. The dispersion difference was about 1.2% when the abrasive wheel of the abrasive grain size was 235μm and the wear amount is 0.45μm. Under the compensation of 1.2μm， the size error of the workpiece with wear feedback is less than the device feed resolution.

Keywords： abrasive wheel wear；automatic compensation；on-line detection

濕磨法是高精度加工的主要方法之一[1]。砂輪磨損是導(dǎo)致磨削誤差的關(guān)鍵因素之一[2，3]。為了降低加工誤差，需要對(duì)砂輪磨損進(jìn)行在線測(cè)量。許多學(xué)者已經(jīng)提出砂輪磨損在線測(cè)量的方法[4，5]。在接觸測(cè)量方法中，通常采用聲發(fā)射傳感器或通過(guò)傳感導(dǎo)線上的砂輪接觸來(lái)檢測(cè)工件，可以用于干磨或濕磨。然而，非接觸式測(cè)量主要用于磨削過(guò)程中，避免了傳感目標(biāo)的磨損。干磨的測(cè)量可以采用傳感器或空氣測(cè)微計(jì)。磨削液的存在經(jīng)常會(huì)給砂輪磨損的測(cè)量增加難度，因此，在大多數(shù)方法中，都選擇將研磨液去除。一些學(xué)者提出采用超聲波傳感器對(duì)濕磨過(guò)程中的砂輪磨損進(jìn)行測(cè)量，但這種方法對(duì)精密磨削是不夠精準(zhǔn)的。其他學(xué)者還提出了通過(guò)測(cè)量在砂輪上產(chǎn)生的靜壓力來(lái)測(cè)量靜態(tài)壓力的方法。本文提出了一種利用磨削液的液態(tài)壓力來(lái)主動(dòng)產(chǎn)生壓力的測(cè)量方法，研究了磨削輪和磨削條件對(duì)壓力的影響，并對(duì)磨削過(guò)程中的砂輪磨損進(jìn)行補(bǔ)償。

1 測(cè)量原理

將壓力傳感器安裝在砂輪旁邊，磨削液在砂輪與壓力傳感器之間的間隙中。磨削液由砂輪的旋轉(zhuǎn)引入間隙，在間隙產(chǎn)生液態(tài)壓力。用傳感器測(cè)量液態(tài)壓力引起的任何壓力變化。隨著傳感器與砂輪工作表面間隙長(zhǎng)度的增加，水動(dòng)力壓力減小。一旦在間隙長(zhǎng)度與壓力之間進(jìn)行校準(zhǔn)，可以通過(guò)測(cè)量壓力來(lái)預(yù)測(cè)間隙長(zhǎng)度。砂輪沒(méi)有電磁特性，工件和磨削液對(duì)壓力有影響。即使工作流體的溫度有輕微變化或有碎片存在，研磨液的黏度在磨削過(guò)程中也很少會(huì)發(fā)生變化。由于磨損量變化少，與砂輪直徑相比可以忽略不計(jì)，且不會(huì)影響砂輪的圓周速度。因此，該方法的測(cè)量過(guò)程比其他非接觸式傳感器的測(cè)量過(guò)程更容易、更準(zhǔn)確。由于磨削液是主動(dòng)使用的，所以不需要其他附加裝置。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

在實(shí)驗(yàn)中使用了數(shù)控平面磨床，三種含有白色熔融氧化鋁磨粒的砂輪用于普通碳鋼的磨削。對(duì)砂輪的動(dòng)態(tài)徑向誤差進(jìn)行均衡，使其小于0.03μm。輪子的直徑為200mm，以均衡圓周速度。傳感器用鋼板覆蓋，有5mm的孔，防止直接接觸砂輪。板的表面粗糙度Rz是1.6μm。帶有直徑7mm的膜片的傳感器是應(yīng)變片類型。壓力傳感器的靈敏度為8kPa/V，輸出為應(yīng)變放大器。在本文中，壓力變化比測(cè)量磨損的絕對(duì)壓力更重要，有時(shí)用來(lái)放大和改變壓力傳感器輸出的差壓放大器。傳感器單元安裝在磨床的主軸柱上，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的xyz級(jí)組合。該間隙采用渦流位移傳感器測(cè)量，測(cè)量范圍為1.2mm，分辨率為0.3m。

3 砂輪磨損補(bǔ)償

用壓力傳感器測(cè)量壓力，并通過(guò)應(yīng)變放大器和差動(dòng)放大器對(duì)其輸出進(jìn)行放大和變換。然后使用個(gè)人電腦計(jì)算磨損量，這就給磨床提供了上/下指令。當(dāng)命令完成時(shí)，NC控制器返回完成信號(hào)。在完成信號(hào)“關(guān)閉”之前，計(jì)算機(jī)不會(huì)將信號(hào)傳送到磨床上。砂輪補(bǔ)償算法流程如圖1所示。

在加工開(kāi)始前，通過(guò)改變傳感器的位置來(lái)校準(zhǔn)。磨損增量是根據(jù)磨削過(guò)程中的校準(zhǔn)曲線計(jì)算的。一旦磨損增量超過(guò)額定磨損量，主軸飼料就會(huì)相應(yīng)調(diào)整。

磨削深度和補(bǔ)償進(jìn)給量的深度分別設(shè)置為3μm和1μm。使用硬度為42HRC的鋼制工件，以促進(jìn)磨削輪的磨損。砂輪只有15mm長(zhǎng)的地方被研磨和另有5mm長(zhǎng)的表面被用作參考。通過(guò)傳感器比較兩表面高度來(lái)確定磨削深度。

圖2示顯示了工件加工誤差隨磨削量的變化曲線，其中，E為加工工件尺寸誤差，L為磨削量。在常規(guī)未經(jīng)補(bǔ)償?shù)哪ハ骷庸ぶ?，磨削誤差隨砂輪的磨損近似線性增加。在自動(dòng)在線補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)中，加工每隔30μm進(jìn)行一次補(bǔ)償。在本文所提出的補(bǔ)償方法下，加工誤差被控制在0.6μm以下。有效驗(yàn)證了本文所采用的方法。

4 結(jié)論

為了提高濕磨的精度，本文利用磨削液產(chǎn)生的壓力對(duì)砂輪磨損進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，得出如下結(jié)論：①測(cè)量壓力隨著間隙長(zhǎng)度的增大而增大；②當(dāng)間隙小于70μm時(shí)，測(cè)量磨損的可重復(fù)性測(cè)量的壓力小于1.2%；③在1.2μm的補(bǔ)償下，工件的尺寸誤差小于設(shè)備的進(jìn)給分辨率。在實(shí)際磨削過(guò)程中，可以利用實(shí)測(cè)壓力對(duì)砂輪直徑的磨損、變鈍、脫落或加載進(jìn)行辨識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

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