[发明专利]外圆磨削多参数集成质量监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明是关于对外圆磨床在磨削时的砂轮进给位移、磨床主电机功率、砂 轮振动量和磨削区声发射进行多参数采集、分析并得出砂轮进给位移、磨床主 电机功率、砂轮振动量和磨削区声发射信号与粗糙度、圆度、沟形误差等耦合 关系的质量监测装置及方法。

背景技术

外圆磨削作为轴类零件精加工的关键工序，对保证其加工质量起着至关重 要的作用，因而倍受人们的关注。先进的数控外圆磨床大大减少了操作者的干 预程度，因而避免了许多的人因误差，稳定了加工质量。

然而，由于磨削过程的质量影响极其复杂，不可避免地会受到待磨削工件 质量、砂轮与工装磨损、热变形、电磁干扰及磨床动态特性变异等诸多因素的 影响，难以始终保持加工的稳定性或质量的一致性。因而，对磨削过程状态参 数的监测研究，已成为人们关注的焦点，提出一些解决方案。现有技术提出了 磨床进给位移与主电机功率的监测方案；另有针对磨削砂轮的振动、声发射等 信号的监测方案，这些方案都在一定程度上解决了磨削过程的状态监测问题， 但也都存在着一些局限性。如前者更多的是着眼于运动状态的监测，后者主要 着眼于动态信息的监测，另外后者仅仅通过对振动、声发射的监测来判断磨削 时砂轮的状态。而对磨削过程来说，需要多尺度、多参数、更全面的集成状态 监测及分析方法，以建立磨削过程中的多状态参数与磨削工件的多质量指标之 间的耦合关系，这是一个值得研究的问题。然而，目前市场上尚缺乏能够有效 解决这一问题的装置或辅助系统，这正是提出本项发明的重要背景。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够建立磨削过程中的多状态参数与磨削工件多 质量指标之间耦合关系的外圆磨削质量监测装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：该外圆磨削多参数集成质量 监测装置主要包括信号采集装置、滤波与放大器、配线端子板、数据采集卡和 信号分析与显示装置；所述信号采集装置包括功率传感器、位移传感器、加速 度传感器和声发射传感器，所述功率传感器、位移传感器、加速度传感器和声 发射传感器分别用于采集工件磨削过程中的主电机功率信号、砂轮进给位移信 号、砂轮振动信号、磨削区声发射信号；所述滤波与放大器包括采集板、恒流 适配器、前置放大器和前放供电分离信号器；所述功率传感器与配线端子板连 接；所述位移传感器和采集板连接；所述加速度传感器和恒流适配器连接；所 述声发射传感器和前置放大器连接；所述前置放大器和前放供电分离信号器连 接；所述采集板、恒流适配器、前放供电分离信号器分别与配线端子板连接； 所述配线端子板与数据采集卡连接；所述数据采集卡与信号分析与显示装置连 接；所述信号分析与显示装置中的信号分析装置能够分别对所接收到的主电机 功率信号、砂轮进给位移信号、砂轮振动信号、磨削区声发射信号进行时域分 析和频域分析，并分别选取主电机功率信号和砂轮振动信号的时域方差和幅值 谱作为所述主电机功率信号和砂轮振动信号的特征值，选取砂轮进给位移信号 的时域均值和方差作为该砂轮进给位移信号的特征值，选取磨削区声发射信号 的时域均方根和幅值谱最大值作为该磨削区声发射信号的特征值。

使用本发明监测装置进行外圆磨削多参数集成质量监测的方法主要包括如 下步骤：

(1)由功率传感器、位移传感器、加速度传感器和声发射传感器对工件磨 削过程中的主电机功率、砂轮进给位移、砂轮振动、磨削区声发射信号分别进 行实时采集并输送到滤波与放大器；

(2)由滤波与放大器对所述主电机功率、砂轮进给位移、砂轮振动、磨削 区声发射信号分别进行滤波与放大处理，再通过配线端子板将处理后的上述信 号输入到数据采集卡；

(3)由数据采集卡对输入的主电机功率、砂轮进给位移、砂轮振动、磨削 区声发射信号进行模/数转换；

(4)由信号分析装置对数据采集卡输入的数字信号进行存储，并将数字信 号波形输出至显示装置上；

(5)由信号分析装置分别对主电机功率信号和砂轮振动信号进行时域分析 和频域分析，分别选取主电机功率信号和砂轮振动信号的时域方差和幅值谱作 为所述主电机功率信号和砂轮振动信号的特征值；

(6)由信号分析装置对磨削区声发射信号进行时域分析和频域分析，选取 磨削区声发射信号的时域均方根及幅值谱最大值作为该磨削区声发射信号的特 征值；