一种轴零件加工过程中的砂轮磨削力检测方法

摘要

本发明属于机械加工方法类，具体是一种轴零件加工过程中的砂轮磨削力检测方法，其特征在于：首先检测记录不带进给条件下磨削加工程序执行过程的电机电流信号与位置信号，计算获得砂轮进给轴驱动电机与工件旋转轴驱动电机电磁推力与电磁转矩信号分布规律，获取工件旋转方向与砂轮进给方向的机床运动副摩擦力、加减速力总和并将其视作参考信号值，在实际磨削加工过程中，将测量、计算所得砂轮进给轴驱动电机与工件旋转轴驱动电机的电磁推力与电磁转矩信号与相应的参考信号值现减，即可得到相应的砂轮磨削力信号，其中砂轮进给轴驱动电机电磁推力信号主要对应砂轮法向磨削力，工件旋转轴驱动电机电磁转矩信号主要对应砂轮切向磨削力。本发明原理简单、方案合理、精度高，适用于多种规格轴零件磨削加工过程的磨削力检测与加工工艺状态监控。

说明书

技术领域

本发明属于机械测试方法类，具体是一种轴零件加工过程中的砂轮磨削力检测方法。

背景技术

在轴零件磨削加工过程，砂轮磨削力是反映磨削状态的重要指标。磨削力处于正常范围反映了砂轮的锋锐状态以及对被加工工件材料的去除能力。随着磨削加工过程持续进行，砂轮磨粒剥落、堵塞导致砂轮锋锐程度下降，使得同等工艺条件下砂轮磨削力显著增大。砂轮磨削力增大会加剧轴零件变形幅度并引发表面粗糙度值增加，从而增加次品发生概率，因此砂轮磨削力检测对于确保轴零件加工质量具有重要参考意义。通常，轴零件加工过程的砂轮磨削力检测分为法向磨削力检测与切向磨削力检测，对于法向磨削力，现有的检测手段主要是通过在工件夹具底座安装专用测力传感器实现，如压电测力仪，这不仅增加了机床成本，也破坏其原有的结构完整性；对于切向磨削力检测，现有的检测手段主要通过在零件旋转轴上安装旋转测力仪实现，但其高昂的价格限制了在通用加工设备中的应用，此外，也有通过测量砂轮主轴瞬时功率估算砂轮切向磨削力的检测方法，但其受到摩擦力非线性、砂轮主轴大转动惯量等因素影响难以实现高精度检测。在针对轴零件磨削加工方面，目前还没有一种原理简单、方案合理、精度高的砂轮磨削力检测方法。

发明内容

本发明的目的是针对轴零件磨削机床中现有磨削力检测方式的不足，提供一种轴零件加工过程中的砂轮磨削力检测方法，从而消除磨削力检测对专用测力传感器的依赖性，实现轴零件加工过程砂轮法向磨削力与切向磨削力的精确检测，同时达到简化磨削机床硬件结构，提高系统灵活性的目的。

本发明的技术方案如下：

一种轴零件加工过程中的砂轮磨削力检测方法，其特征在于：首先检测记录不带进给条件下磨削加工程序执行过程的电机电流信号与位置信号，计算获得砂轮进给轴驱动电机与工件旋转轴驱动电机电磁推力与电磁转矩信号分布规律，获取工件旋转方向与砂轮进给方向的机床运动副摩擦力、加减速力总和并将其视作参考信号值，在实际磨削加工过程中，将测量、计算所得砂轮进给轴驱动电机与工件旋转轴驱动电机的电磁推力与电磁转矩信号与相应的参考信号值现减，即可得到相应的砂轮磨削力信号，其中砂轮进给轴驱动电机电磁推力信号主要对应砂轮法向磨削力，工件旋转轴驱动电机电磁转矩信号主要对应砂轮切向磨削力。

本发明具体的方法如下：采用电流检测装置分别测量砂轮进给轴驱动电机绕组电流信号与工件旋转轴驱动电机绕组电流信号；采用编码器模块分别检测砂轮进给轴驱动电机直线位置与工件旋转轴驱动电机角度位置；将电流信号与位置信号输入磨削力检测控制装置，基于砂轮进给轴驱动电机绕组直线位置和工件旋转轴驱动电机角度位置信号建立同步旋转坐标系，在同步旋转坐标系中分别计算两个驱动电机绕组的力矩电流瞬时值，并通过力矩常数获得砂轮进给轴驱动电机和工件旋转轴驱动电机的瞬时电磁推力和电磁转矩；采用相同工艺参数先执行不带进给加工程序，并记录程序执行过程驱动电机电磁推力与电磁转矩信号分布；在实际磨削加工过程以已记录的电磁推力与电磁转矩信号为参考值，将实际采集、计算所得电磁推力与电磁转矩信号与参考值相减即可得到相应的砂轮磨削力信号，根据轴零件磨削机床结构特点，砂轮进给轴驱动电机电磁推力信号主要对应砂轮法向磨削力，工件旋转轴驱动电机电磁转矩信号主要对应砂轮切向磨削力。

本发明充分利用了轴零件磨削机床中砂轮进给轴驱动电机电磁推力与砂轮法向磨削力的直接耦合关系、以及工件旋转轴驱动电机电磁转矩与砂轮切向磨削力的直接耦合关系，通过检测电机绕组电流观测其电磁推力与电磁转矩信号，实现砂轮磨削力的间接检测，从而避免了多轴测力传感器、旋转测力仪的使用。这简化了磨削力检测装置的硬件方案，保持了磨削机床原有结构的完整性。本发明通过记录不带进给条件下加工程序执行过程的驱动电机电磁推力与电磁转矩信号分布规律，获取工件旋转方向与砂轮进给方向的机床运动副摩擦力、加减速力总和并将其视作参考信号，在实际加工过程中，将测量、计算所得驱动电机电磁推力与电磁转矩信号与参考值现减，实现摩擦力、加减速力等干扰因素的有效分离，从而获得准确的砂轮磨削力信号。本发明提供的磨削力检测方法无需对磨削机床原有结构进行更改，因此对于控制成本、确保可靠性等方面具有积极作用。

本发明原理简单、方案合理、精度高，适用于多种规格轴零件磨削加工过程的磨削力检测与加工工艺状态监控。

附图说明

附图为本发明原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方案作一详细阐述。

如图所示，在机床底座5的导轨上有工件1与砂轮主轴支架11，砂轮主轴支架11上装有砂轮2，工件带有工件旋转轴驱动电机4，砂轮2带有砂轮进给驱动电机3，工件旋转轴驱动电机4带有绕组电流检测单元一6与旋转角度编码器模块7，砂轮进给驱动电机3带有绕组电流检测单元二8与直线位置编码器模块9，绕组电流检测单元一6与旋转角度编码器模块7、绕组电流检测单元二8与直线位置编码器模块9连接磨削力检测控制单元10。本发明图示工件1为轴零件，一种轴零件加工过程中的砂轮磨削力检测方法，具体采用如下步骤：

A、采用绕组电流检测单元二8测量砂轮进给轴驱动电机3电流信号；采用绕组电流检测单元一6测量工件旋转轴驱动电机4电流信号；

B、采用直线位置编码器模块9检测砂轮进给轴驱动电机4直线位置；采用旋转角度编码器模块7检测工件旋转轴驱动电机3角度位置；

C、磨削力检测控制单元10基于直线位置编码器模块9和旋转角度编码器模块7采集的砂轮进给轴驱动电机4直线位置和工件旋转轴驱动电机3角度位置信号建立同步旋转坐标系，在同步旋转坐标系中分别计算两个驱动电机的力矩电流瞬时值，并通过力矩常数获得砂轮进给轴驱动电机4和工件旋转轴驱动电机3的瞬时电磁推力与电磁转矩；

D、采用相同工艺参数先执行不带进给加工程序，并记录程序执行过程驱动电机电磁推力与电磁转矩信号分布；

E、在实际磨削加工过程以已记录的电磁推力与电磁转矩信号为参考值，将实际采集、计算所得电磁推力与电磁转矩信号与参考值相减即可得到相应的砂轮磨削力信号。其中，砂轮进给轴驱动电机4电磁推力信号主要对应砂轮法向磨削力，工件旋转轴驱动电机3电磁转矩信号主要对应砂轮切向磨削力。

本发明的绕组电流检测单元一6与绕组电流检测单元二8可采用精密四线制分流电阻与隔离运算放大器电路实现。