基于激光位移传感器在机测量砂轮直径
基于激光位移传感器在机测量砂轮直径
作者:张桥杰;朱祥龙;董志刚;康仁科;卢成;张小民
坐标磨削是加工高质量孔的最终工序,具有磨削精度高 ,加工表面质量好的特点,一般用于精密磨削和高精度级的磨削加工。其自转且公转的砂轮必须进行精密高效高质量在机检测,才能保证孔的加工精度。然而,由于砂轮的运动方式复杂 待测点多、测量精度要求高,实现精密高效高质量在机测量砂轮直径极其困难。人工砂轮对刀仍是磨削加工领域测量砂轮直径的主流,操作者利用耳听判断砂轮和工件是否接触。人工对刀重复测量精度可达2μm?优点是操作简单、经济实用、不需要添加复杂的相关仪器,缺点是砂轮靠近工件的过程耗时长,劳动强度大。声发射对刀是近二十年新兴起来的检测技术,利用声发射传感器检测砂轮与工件接触时释放的应变能,主要应用于压力容器 管道的监控对刀 缺点是砂轮缓慢接触工件的耗时长。由于激光测距仪具有操作灵活、装置简单、高精度等优点,已广泛应用于工业的测量领域。通过利用激光位移传感器高速率、高精度的扫描采集能力,用于检测砂轮表面粗糙度和磨粒分布状态;用激光位移传感器检测砂轮外圆表面,得到砂轮的外圆跳动值;基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统应用于高精度管类、轴类零件直径的监测中。利用激光位移传感器测量动态列车的直径,测量精度达±0.38mm,满足使用要求;利用激光位移传感器监测洗衣机内桶的跳动度,极大地提高了测试的准确度和效率;利用激光位移传感器测量锥齿轮齿距偏差及齿圈跳动,能够有效的简化测量过程,提高测量效率和精度。
但是,以往研究和技术并没有实现在机测量坐标磨床自转且公转的砂轮直径。为了解决自转且公转状态下砂轮直径测量的难题,探寻了一种基于激光位移传感器在机测量自转且公转时砂轮直径的装置及方法,对进一步提高孔的加工效率和加工精度具有积极意义。
1、测量原理
本文采用双激光位移传感器在机测量砂轮直径。
1. 1 双激光位移传感器的标定
采用厚度为 K 标定块标定激光位移传感器 a、传感器 b 间距。 求得激光位移传感器a、传感器 b 的与标定块端面的间距分别为 L1 ,L2 。
1. 2 砂轮旋转轴线的检测与定位
通过计算机软件设定激光位移传感器的信号数据存储量 Q 和采样周期 T? 启动主轴?转速为 n?移动至机床坐标(X1 ?Y?Z)?砂轮遮挡激光线?偏心量为 0?沿X 方向做进给 F 匀速移动?使砂轮横越激光线。对砂轮的检测图像每时刻的最高点进行多项式拟合得到椭圆曲线。
1. 3 砂轮直径的测量
启动主轴,转速为n,并移动至机床坐标(X2,Y,Z),设置砂轮公转偏心量e,其自转且公转。对检测图像每时刻的最高点尽心多项式拟合,得到正弦曲线。
1.4砂轮直径的输出
由于激光位移传感器在固定安装时很难保证激光光线的重合,所以两条光线存在间距。
2、试验条件
试验需要的设备和材料有:直径φ6mm粒度150#电镀金刚石砂轮,两组DIMETIX激光位移传感器,信号控制器及其电源,计算机,标定块,对刀块。通过计算机设定激光位移传感器的数据存储量Q=100000,采样周期T=100μs。将检测装置通过螺钉固定在机床工作台上,调整光线平行于机床Y轴。装夹砂轮,启动机床主轴旋转n=2000r/min,记录机床运动前的X轴坐标X1=-67.100.以运动速度F=6mm/min式砂轮沿X轴方向垂直跨越激光线。
q1=4864,qa=30720,qb=39900,定位砂轮旋转轴线坐标X2=-66.796,激光位移传感器a、传感器b的光束中心间距h=0.0918mm。
3、实验结果与数据分析
3.1两种测量砂轮直径的结果对比分析
对刀测量砂轮直径的方法是,将旋转中的砂轮缓慢靠近跨度的对刀快左端面,直至砂轮碰触对刀块发出声音,集思录当前坐标。然后,将砂轮缓慢靠近对刀快右端面,直至砂轮碰触对刀快发出声音。设定转速分别为n1=2000r/min,n2=5000r/min,n3=8000r/min,先采用对刀方法测量砂轮直径,然后依据对刀块留下的痕迹找到砂轮最大直径截面,利用激光位移传感器测量该截面处的砂轮直径。由试验数据得,本文提出的方法可以在机测量砂轮直径。激光位移传感器在机测量砂轮致敬的方法具有较高的稳定性,其测量精度可稳定在1μm以内。
3.2试验研究
将机床坐标移至 X2 = - 66. 796?利用双激光位移传感器测量自转且公转砂轮直径,经研究转速和公转偏心量对砂轮直径测量结果的影响。
(1)转速对砂轮直径的影响
设定公转的偏心量 e = 0. 5 mm,测量转速分别为n1 = 2000 r / min,n2 = 5000 r / min,n = 8000 r / min 的砂轮直径,每组实验分别取3个截面,每个截面重复测量5次。对试验数据取平均值绘制A、B、C 截面不同转速下的砂轮直径测量结果。试验表明,当砂轮的公转偏心量 e =0. 5 mm 时,随着砂轮转速的增大,砂轮直径变小, 转速从 n1 = 2000 r / min 增大到 n3 = 8000 r / min 时,砂轮直径减小了 0. 0091 mm。
(2) 砂轮直径的测量精度与偏心量的研究
设定砂轮转速 n = 2000 r / min,测量偏心量分别为e1 = 0. 5 mm,e2 = 1. 0 mm,e3 = 1. 5 mm 的砂轮直径?每组试验分别取 3 个截面 每个截面重复测量 次。
试验表明?当转速 n = 2000 r / min时 测量偏心量分别为 e1 = 0. 5 mm,e2 = 1. 0 mm,e3 =1. 5 mm 的砂轮直径?其重复测量精度没有明显的变化规律,说明重复测量精度与公转偏心量的相关性较弱。
4、结论
(1)提出了一种基于激光位移传感器的非接触式在机测量砂轮直径的新方法,以直径φ6mm粒度150#的电镀金刚石砂轮为典型对象,开展了在机测量砂轮直径的试验验证与研究。
(2)提出的砂轮直径测量方法可以精密高效高质量在机检测砂轮直径,提高测量效率,且重复测量精度可稳定在1μm以内。
(3) 当偏心n量 e = 0. 5 mm 时n ?测量转速分别为n1 = 2000 r / min? 2 = 5000 r / min? 3 = 8000 r / min 时的砂轮直径。试验表明随着砂轮转速的增大,砂轮直径减小,当转速从n1=2000r/min增大到n3=8000r/min时,砂轮直径减小0.0091mm。
需要注意的是,由于原始信号源 AErms 的间断和重叠,参数值 ΨBW 主要体现在预失效阶段和断屑形成的起始阶段,而对于断续的峰值ΨBW 却被抑制,这是因为该方法强调了预失效阶段与稳态切削之间的相对变化。在故障前相位峰值范围内,频率/幅值的相对变化不大,因此被TKEO抑制不影响故障前的检测精度。在第4次出现刀具断屑时对应的预失效检测参数值 ΨBW 。
5、结论
本文基于TKEO ̄HHT 信号处理方法对间歇性切削过程中的刀具状态进行检测,该方法在抑制稳态切削峰值的同时,能够有效识别刀具故障状态。检测过程中,无论是切削条件、工件材料或是刀具涂层状态,预失效检测参数 ΨBW 都有显著的变化, 此外,通过对切削过程中定义可接受刀具断屑阈值,能够有效避免刀具损坏的现象,进而能够降低刀具损坏带来的加工成本。另外,对于复杂的铣削加工过程,需要结合TKEO-HHT信号处理方法以及更多参数的影响进一步对加工过程进行检测,对刀具的预失效进行检测,并及时采取纠正措施。
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