平面磨削工件表面粗糙度计算方法

摘要

本发明涉及一种平面磨削工件表面粗糙度计算方法，首先采集磨削过程中的声发射信号，并对该信号进行滤波处理；接着通过傅里叶变换提取滤完干扰信号后的声发射信号的谐波频率及对应的振幅；然后通过工件最终表面形貌是砂轮对工件多次磨削叠加效果的总和，并结合谐波频率和振幅建立工件表面形貌轮廓轨迹方程；最后将该轮廓方程带入到粗糙度理论计算公式中来计算工件的表面粗糙度。该计算方法克服了现有平面磨削工件对粗糙度仪的依赖，通过收集磨削过程中的声发射信号来计算工件的表面粗糙度，为实际生产带来了巨大帮助。

说明书

技术领域

本发明涉及一种粗糙度计算方法，特别涉及一种平面磨削工件表面粗糙度计算方法。

背景技术

为了满足现代化工业的发展，对工件表面质量的要求也越来越高，磨削加工作为精密加工的关键工序，对工件最终的质量起着决定性作用。其中平面磨削是一种重要的平面工件加工方法，可以获得非常高的表面质量和几何精度。对于平面工件表面粗糙度常常是通过对工件加工完成后用粗糙度计进行测量，该方法效率比较低，容易增加企业的生产成本。因此对于借助于信号构建模型来计算平面工件表面粗糙度的研究具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种平面磨削工件表面粗糙度计算方法，克服了现有平面磨削对粗糙度计的依赖，提高磨削加工效率，节约企业生产成本。

本发明的技术方案为：一种平面磨削工件表面粗糙度计算方法，具体包括如下步骤：

1)采集平面磨削过程中的声发射信号：将声发射传感器安装在工件承载板上，通过数据采集系统采集每次磨削过程中的声发射信号；

2)对步骤1)中采集到的声发射信号进行处理：先通过巴特沃斯带通滤波器滤除步骤1)中采集到的声发射信号中的干扰信号，然后对信号进行傅里叶变换，提取每次磨削过程中的谐波频率及对应的振幅；

3)建立平面工件表面形貌模型：令砂轮与工件第一次接触点为信号坐标的起始点，且砂轮相对于工件移动的方向为正方向；第二次砂轮相对于工件的移动方向为负方向，砂轮对工件每次磨削是多个正弦波形的叠加，建立平面工件轮廓轨迹方程为：

当工件被磨削奇数次λ时，即λ＝2k+1，k＝0，1，2......，工件表面的形貌为：

式中：a_ij为按正方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f_ij为按正方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率，b_ij为按负方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f′_ij为按负方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率，n为与声发射信号采集频率相关的常数，m为第j次磨削时声发射信号中提取的谐波频率的个数，t为每磨削一次砂轮与工件的接触时间，T为砂轮磨削工件一次所用的时间，l为工件的长度，v为砂轮与工件的相对移动速度；

当工件被磨削偶数次λ时，即λ＝2k，k＝0，1，2......，工件表面的形貌为：

4)平面工件表面粗糙度计算：

根据轮廓的表面粗糙度Ra的理论计算式得平面磨削工件的表面粗糙度表达式为：

当工件被磨削奇数次λ时，即λ＝2k+1，k＝0，1，2......，

当工件被磨削偶数次λ时，即λ＝2k，k＝0，1，2......，

将步骤2)提取的谐波频率和振幅代入到Ra或Ra′，则可求出当工件被磨削奇数次或偶数次时工件的表面粗糙度。

本发明的有益效果在于：本发明平面磨削工件表面粗糙度计算方法，可以对平面磨削过程中的工件表面粗糙度进行实时计算，免去了人工测量，降低了对粗糙度计的依赖，提高磨削加工效率，节约生产成本。

附图说明

图1为本发明平面磨削工件表面粗糙度计算方法流程图；

图2为本发明平面工件实际轮廓示意图。

具体实施方式

如图1所示平面磨削工件表面粗糙度计算方法流程图，具体包括如下步骤：

1、采集平面磨削过程中的声发射信号：

将声发射传感器安装在工件承载板上，通过数据采集系统采集每次磨削过程中的声发射信号；

2、对采集到的声发射信号进行处理：

先通过巴特沃斯带通滤波器滤除步骤1中采集到的声发射信号中的干扰信号，然后对信号进行傅里叶变换，提取每次磨削过程中的谐波频率及对应的振幅；

3、建立平面工件表面形貌模型：

在平面磨削过程中，砂轮对工件一次次的往返进行磨削加工，工件最终的表面形貌是多次往返磨削叠加效果的总和，如图2所示平面工件实际轮廓示意图。每磨削一次工件表面都会产生一次形貌，并且该形貌可以看成是多个正弦波的叠加。

令砂轮与工件第一次接触点为信号坐标的起始点，且砂轮相对于工件移动的方向为正方向；第二次砂轮相对于工件的移动方向为负方向。

砂轮磨削工件一次所用的时间为：

式中：l为工件的长度，v为砂轮与工件的相对移动速度。

按正方向磨削一次时生成工件轮廓理论计算式为：

上式：χ为磨削一次时声发射信号中提取的谐波频率的个数，α_i1为按正方向第1次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f_i1为按正方向第1次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率，t为每磨削一次砂轮与工件的接触时间。

按负方向磨削一次时生成工件轮廓理论计算式为：

上式：b_i1为按负方向第1次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f′_i1为按负方向第1次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率。

则第λ次按正方向磨削一次时生成工件轮廓理论计算式为：

上式：α_iλ为按正方向第λ次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f_iλ为按正方向第λ次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率。

则第λ次按负方向磨削一次时生成工件轮廓理论计算式为：

上式：b_iλ为按负方向第λ次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f′_iλ为按负方向第λ次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率。

同时考虑到磨削过程中存在外界环境的干扰，因此，当工件被磨削奇数次λ时，即λ＝2k+1(k＝0，1，2...)，工件表面的形貌为：

ζ_λ＝μ₁+μ₂+...+μ_k+1+ψ₁+ψ₂+...+ψ_k+rand(n)

即

式中：a_ij为按正方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f_ij为按正方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率，b_ij为按负方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率的振幅，f′_ij为按负方向第j次磨削时声发射信号中提取的第i个谐波频率，n为与声发射信号采集频率相关的常数，m为第j次磨削时声发射信号中提取的谐波频率的个数。

当工件被磨削偶数次λ时，即λ＝2k(k＝0，1，2...)，工件表面的形貌为：ζ_λ＝μ₁+μ₂+...+μ_k+ψ₁+ψ₂+...+ψ_k+rand(n)

即

在一定的长度范围d内，工件的粗糙度理论计算式为：

当工件被磨削奇数次时，即λ＝2k+1(k＝0，1，2...)，将式(6)带入式(8)得：

当工件被磨削偶数次时，即λ＝2k(k＝0，1，2...)，将式(7)带入式(8)得：

将步骤2提取的谐波频率和振幅代入到式(9)或式(10)，则可求出当工件被磨削奇数次或偶数次时工件的表面粗糙度。