專利名稱：：外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種精密機(jī)械加工實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，尤其是一種外圓磨削工件表面質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
：超精密/精密磨削過程中，如何實(shí)時(shí)監(jiān)測磨削過程中的工件表面質(zhì)量及磨削狀況，對提高磨削質(zhì)量和磨削效率將有重要意義。如果能夠?qū)崿F(xiàn)工件表面磨削質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，即可實(shí)現(xiàn)磨削工藝參數(shù)的反饋控制，從而實(shí)現(xiàn)磨削過程的智能控制。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測磨削過程中的工件表面質(zhì)量是精密磨削技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。盡管眾多的研究者采用電機(jī)電流、磨削力、聲發(fā)射信號(hào)和加速計(jì)等對磨削狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)做了大量研究工作，但限于傳感器安裝困難、信號(hào)干擾與靈敏度等原因，至今尚缺乏在實(shí)際生產(chǎn)中能夠有效應(yīng)用的方法。由于聲發(fā)射信號(hào)能夠避開磨削過程中低頻噪聲區(qū)域，在高頻范圍內(nèi)靈敏度高受環(huán)境變化小，所以聲發(fā)射技術(shù)是近幾年磨削狀態(tài)監(jiān)測被廣泛采用的一種方法。聲發(fā)射(AE)是一種材料受外力或內(nèi)力作用而產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈性波的形式釋放能量的現(xiàn)象。在外圓磨削過程中，當(dāng)砂輪與工件接觸時(shí)，其接觸狀態(tài)可以通過AE信號(hào)反映出來。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是要提供一種適用于外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，該方法通過建立聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件質(zhì)量粗糙度之間的關(guān)系模型，來預(yù)測不同工藝參數(shù)下的工件表面粗糙度，并結(jié)合工件表面粗糙度數(shù)值及曲線顯示，實(shí)現(xiàn)磨削過程中工件表面質(zhì)量的可視化，為磨床操作工人修整磨削工藝參數(shù)提供幫助，并有利于提高工件的磨削效率和磨削質(zhì)量。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，具體步驟是2.聲發(fā)射傳感器的安裝與數(shù)據(jù)采集為了監(jiān)測磨削狀態(tài)，將聲發(fā)射傳感器安裝在外圓磨床的砂輪架或、頭架或尾架之上，聲發(fā)射信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)采集獲得，設(shè)置相應(yīng)的采樣頻率；3.聲發(fā)射信號(hào)的預(yù)處理為了去除干擾信號(hào)，對所采集的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行濾波處理采用切畢雪夫II低通濾波器濾除磨削過程的干擾信號(hào)，濾波器截止頻率根據(jù)磨床在無磨削狀態(tài)下AE信號(hào)的頻率范圍來確定，當(dāng)砂輪主軸以及工件驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而砂輪與工件無接觸時(shí)，AE所接收的信號(hào)視為干擾信號(hào)，通過其頻率成份分析，確定低通濾波器的截止頻率；4.建立聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度關(guān)系模型采用正交試驗(yàn)方法，進(jìn)行磨削試驗(yàn)在完成每一次磨削試驗(yàn)后，利用粗糙度儀測量工件表面的粗糙度，將均方根值取平均值后，即獲得聲發(fā)射信號(hào)均方根值與工件表面的粗糙度的關(guān)系；5.實(shí)現(xiàn)磨削過程工件表面質(zhì)量的可視化根據(jù)步驟3所獲得的聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度關(guān)系模型，通過聲發(fā)射信號(hào)的均方根值計(jì)算獲得工件表面粗糙度值，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示工件表面粗糙度變化曲線的方法或?qū)⒐ぜ砻娲植诙戎涤脭?shù)字變化的方法同時(shí)顯示在數(shù)控系統(tǒng)的屏幕上。本發(fā)明的有益具效果通過該發(fā)明，可利用聲發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)工件磨削質(zhì)量的可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測，對指導(dǎo)磨床操作工人選取工藝參數(shù)提供幫助，并對提高磨削效率和磨削質(zhì)量具有重要意義。圖1是聲發(fā)射傳感器安裝位置示意圖；圖2是工件表面粗糙度數(shù)值及變化曲線顯示方式示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，在工件磨削過程中，砂輪與工件彈性接觸、砂輪粘接劑破裂、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(huì)引起聲發(fā)射信號(hào)的幅值等方面發(fā)生變化，這就使得我們可以通過檢測聲發(fā)射信號(hào)的變化來對磨削狀態(tài)進(jìn)行判別。AE信號(hào)的變化幅度與磨削力的變化幅度成正比，磨削力的變化幅度越小，AE信號(hào)的變化幅度也越小，工件表面的質(zhì)量就越高。反之，磨削力的變化幅度越大，AE信號(hào)的變化幅度也越大，工件表面的質(zhì)量就越差。而AE信號(hào)的變化幅度可以通過聲發(fā)射信號(hào)的均方根進(jìn)行描述。因此，可以通過聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)來預(yù)測工件表面的粗糙度，并結(jié)合工件表面粗糙度數(shù)值及曲線顯示，實(shí)現(xiàn)磨削過程中工件表面質(zhì)量的可視化。其具體的步驟如下1.聲發(fā)射傳感器的安裝與數(shù)據(jù)采集為了監(jiān)測磨削狀態(tài)，聲發(fā)射傳感器4在外圓磨床上，一般可安裝在砂輪架1、頭架2與尾架3之上?？紤]到檢測信號(hào)的靈敏度，本發(fā)明將聲發(fā)射傳感器4安裝在尾架3頂尖之上，如圖1所示。聲發(fā)射信號(hào)可以通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)采集獲得，采樣頻率可取為IOOOHz。2.聲發(fā)射信號(hào)的預(yù)處理為了去除干擾信號(hào)，需要對所采集的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行濾波處理?？刹捎们挟呇┓騃I低通濾波器濾除磨削過程的干擾信號(hào)，濾波器截止頻率的確定，需要根據(jù)磨床在無磨削狀態(tài)下AE信號(hào)的頻率范圍來確定，當(dāng)砂輪主軸以及工件驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而砂輪與工件無接觸時(shí)，AE所接收的信號(hào)可視為干擾信號(hào)，通過其頻率成份分析，確定低通濾波器的截止頻率。3.建立聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度關(guān)系模型在磨削過程中，聲發(fā)射信號(hào)的均方根反映了磨削力變化的幅度。因此，聲發(fā)射信號(hào)的均方根與工件表面的粗糙度存在一定的關(guān)系。但是，該關(guān)系還與工件材料與磨削砂輪有關(guān)。需要通過磨削實(shí)驗(yàn)獲得聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度的關(guān)系模型。為了從實(shí)驗(yàn)中更有效地獲取相關(guān)信息，可以采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，完成磨削試驗(yàn)。設(shè)所給定的外圓磨床，砂輪轉(zhuǎn)速范圍為(Pmin，Pmax，進(jìn)給速度范圍為(Vmin，Vmax),磨削量范圍為(Smin，Smax)和工件轉(zhuǎn)速范圍為(Gmin，Gmax)。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，可以將上述選定的各因素劃分四個(gè)水平，如表1所示。根據(jù)上述因素及水平劃分，可以選擇L16(45)正交試驗(yàn)，各試驗(yàn)的評價(jià)指標(biāo)為工件表面粗糙度(Ra)和聲發(fā)射信號(hào)(RMS)，用該正交表安排試驗(yàn)如表2所示。需要說明的是，也可以采用其它正交試驗(yàn)方案，試驗(yàn)次數(shù)越多，所獲取的聲發(fā)射信號(hào)均方根(RMS)與工件表面粗糙度的關(guān)系越準(zhǔn)確。表1正交試驗(yàn)因素水平表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>在完成表2的每一次磨削試驗(yàn)時(shí)，都應(yīng)同時(shí)采集聲發(fā)射信號(hào)并計(jì)算其均方根值，當(dāng)聲發(fā)射信號(hào)采樣頻率取為1000Hz時(shí)，可取每100個(gè)樣本計(jì)算一個(gè)均方根值，即均方根值計(jì)算的頻率為IOHz。在完成每一次磨削試驗(yàn)后，利用粗糙度儀測量工件表面的粗糙度，將均方根值取平均值后，即獲得聲發(fā)射信號(hào)均方根值與工件表面的粗糙度的關(guān)系。通過以上工作，可以獲得若干個(gè)反映聲發(fā)射信號(hào)均方根值與工件表面的粗糙度關(guān)系的點(diǎn)。此時(shí)，一方面可以采用曲線擬合理論，獲得聲發(fā)射信號(hào)均方根值與工件表面的粗糙度關(guān)系的曲線模型。另一方面，也可采用線性插值方法，獲得其它位置聲發(fā)射信號(hào)均方根值與工件表面粗糙度所對應(yīng)的值。4.實(shí)現(xiàn)磨削過程工件表面質(zhì)量的可視化根據(jù)步驟3所獲得的聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度關(guān)系模型，可以通過聲發(fā)射信號(hào)的均方根值計(jì)算獲得工件表面粗糙度值，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示工件表面粗糙度變化曲線的方法，當(dāng)然也可將工件表面粗糙度值用數(shù)字變化的方法同時(shí)顯示在數(shù)控系統(tǒng)的屏幕上，如圖2所示。權(quán)利要求一種外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，其特征在于，具體步驟是(1)聲發(fā)射傳感器的安裝與數(shù)據(jù)采集為了監(jiān)測磨削狀態(tài)，將聲發(fā)射傳感器安裝在外圓磨床的砂輪架或、頭架或尾架之上，聲發(fā)射信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)采集獲得，設(shè)置相應(yīng)的采樣頻率；(2)聲發(fā)射信號(hào)的預(yù)處理為了去除干擾信號(hào)，對所采集的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行濾波處理采用切畢雪夫Ⅱ低通濾波器濾除磨削過程的干擾信號(hào)，濾波器截止頻率根據(jù)磨床在無磨削狀態(tài)下AE信號(hào)的頻率范圍來確定，當(dāng)砂輪主軸以及工件驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而砂輪與工件無接觸時(shí)，AE所接收的信號(hào)視為干擾信號(hào)，通過其頻率成份分析，確定低通濾波器的截止頻率；(3)建立聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度關(guān)系模型采用正交試驗(yàn)方法，進(jìn)行磨削試驗(yàn)在完成每一次磨削試驗(yàn)后，利用粗糙度儀測量工件表面的粗糙度，將均方根值取平均值后，即獲得聲發(fā)射信號(hào)均方根值與工件表面的粗糙度的關(guān)系；(4)實(shí)現(xiàn)磨削過程工件表面質(zhì)量的可視化根據(jù)步驟3所獲得的聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度關(guān)系模型，通過聲發(fā)射信號(hào)的均方根值計(jì)算獲得工件表面粗糙度值，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示工件表面粗糙度變化曲線的方法或?qū)⒐ぜ砻娲植诙戎涤脭?shù)字變化的方法同時(shí)顯示在數(shù)控系統(tǒng)的屏幕上。全文摘要本發(fā)明涉及一種外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，具體步驟是1.聲發(fā)射傳感器的安裝與數(shù)據(jù)采集，2.聲發(fā)射信號(hào)的預(yù)處理，3.建立聲發(fā)射信號(hào)的均方根(RMS)與工件表面的粗糙度關(guān)系模型，4.實(shí)現(xiàn)磨削過程工件表面質(zhì)量的可視化。通過本發(fā)明，可利用聲發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)工件磨削質(zhì)量的可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測，對指導(dǎo)磨床操作工人選取工藝參數(shù)提供幫助，并對提高磨削效率和磨削質(zhì)量具有重要意義。文檔編號(hào)B24B5/35GK101829951SQ20101016830公開日2010年9月15日申請日期2010年5月7日優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日發(fā)明者李郝林,遲玉倫申請人:上海理工大學(xué)