ELID磨削砂轮表面氧化膜厚度在线检测

摘要

ELID磨削技术利用电解作用对金属结合剂砂轮进行连续修整，通过控制不同的材料和工艺参数，使金刚石磨粒的有效修整率和磨损率达到平衡，进而实现硬脆材料的超精密加工。因此要得到稳定的磨削过程、高质量的加工表面和较少的亚表面损伤，必须对氧化膜厚度进行实时测量和监控，通过控制电解条件使氧化膜的厚度保持在一定的范围内。
　　 本文分析了ELID磨削过程中砂轮表面氧化膜的生成机理，经分析得出：在电解预修锐阶段，经过整形的砂轮导电性好，氧化膜生长速率很快；在动态磨削阶段，氧化膜覆盖在砂轮表面，和工件直接接触，由于工件和切屑的反作用，氧化膜变薄，电解作用恢复，厚度增加，呈现循环及自适应的特征。在对ELID中氧化膜生长规律进行分析的基础上，利用激光传感器和电涡流位移传感器分别测量氧化膜的外表面和内表面的变化值，提出组合测量氧化膜厚度的方法；确定了基于虚拟仪器的和工控机的测量系统总体方案；设计了安装传感器的微调工作架，构建了测量氧化膜厚度的硬件平台。利用LabVIEW软件和NI数据采集卡建立了能够实时采集信号特征的数据采集系统，进行了ELID磨削预实验研究，在使用环境中标定了激光位移传感器和电涡流位移传感器，使用Matlab做出两个传感器的最小二乘拟合曲线。在预实验基础上，进行了ELID磨削过程中电解预修锐阶段的在线检测氧化膜厚度的实验，实现了对砂轮表面氧化膜的非接触测量，表明了利用激光传感器和电涡流传感器可以估计氧化膜的厚度。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 ELID磨削技术

1.1.1 ELID超精密磨削的基本原理

1.1.2 ELID超精密磨削的特点

1.2 ELID磨削的研究现状和发展

1.2.1 国内外发展现状

1.2.2 氧化膜状态的研究

1.2.3 氧化膜状态的表征与识别

1.3 课题的提出和研究意义

1.4 研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

2 ELID磨削氧化膜生成机理

2.1 氧化膜的生成机理分析

2.1.1 ELID修整原理

2.1.2 氧化膜生成机理分析

2.1.3 金刚石砂轮的直径增大现象

2.2 氧化膜生长规律分析

2.2.1 ELID磨削过程

2.2.2 电解预修锐阶段氧化膜的生长行为

2.2.3 动态磨削阶段氧化膜的厚度变化规律

2.2.4 光磨阶段的氧化膜厚度变化

2.3 氧化膜状态的影响因素

3 氧化膜厚度测量原理

3.1 测厚仪直接测量法

3.2 求差测量法

3.2.1 氧化膜外表面测量

3.2.2 氧化膜内表面测量

3.3 氧化膜厚度测量原理

3.3.1 测量原理

3.3.2 测量方式

4 ELID磨削氧化膜厚度测量系统设计

4.1 测量系统方案确定

4.1.1 基于嵌入式仪器专用平台的系统方案

4.1.2 基于虚拟仪器和LabVIEW的系统方案

4.2 硬件系统设计

4.2.1 传感器选型

4.2.2 传感器安装

4.2.3 传感器接线方式

4.2.4 数据采集卡

4.3 软件系统设计

4.3.1 虚拟仪器技术

4.3.2 LabVIEW程序设计的结构和特点

4.3.3 虚拟仪器程序流程

4.3.4 标定方法

4.3.5 采集保存模块设计

4.3.6 数字滤波技术

4.3.7 LabVIEW程序的运行与调试

4.4 测量系统误差分析

4.4.1 误差的分类

4.4.2 测试系统的主要误差

4.4.3 传感器的测量误差

5 氧化膜厚度测量系统的试验研究

5.1 传感器的标定

5.1.1 激光传感器标定

5.1.2 激光传感器计算结果

5.1.3 电涡流传感器的标定

5.1.4 电涡流传感器计算结果

5.2 预试验研究

5.3 基于氧化膜状态的厚度测量

5.3.1 ELID装置在M7130/H平面磨床上的实现

5.3.2 试验条件及参数

5.3.3 试验步骤及方法

5.3.4 试验结果与讨论

6 结 论

6.1 结 论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢