钛合金磨削中砂轮磨损状态在线监测技术研究.pdfVIP

精密制造与 自动化 2015年第4期 钛合金磨削中砂轮磨损状态在线监测技术研究术 刘 森 李 静 高华珏 沈南燕 (上海大学 上海市智能制造及机器人重点实验室 上海 200072) 摘 要 钛合金是一种典型的难加工材料，在磨削时容易造成砂轮粘附导致磨粒的破碎与脱落，使砂轮发生磨损， 影响工件的加工质量。基于振动信号研究了钛合金磨削砂轮磨损状态的在线监测，分析了砂轮磨损过程及振动与 磨损的内在联系，通过试验提取出反映砂轮磨损状态的特征值，制定了砂轮磨损的判别流程，设计了砂轮磨损判 别阈值，用上位机软件开发了砂轮磨损在线监测软件，最后通过试验验证了砂轮磨损判别方法的可靠性，为以后 使用普通外圆磨床中低速磨削钛合金提供一些参考。 关键词 钛合金 砂轮磨损 振动信号 在线监测 钛合金具有 比强度高、热稳定性好、耐蚀性高、 急剧磨损这三个阶段 。砂轮磨损过程如图1所示。 化学活性大等材料特性，使钛合金成为了典型的难 在初期磨损阶段，砂轮磨损主要表现为磨粒的破碎 加工材料，在磨削加工中容易造成砂轮粘 附严 和整体脱落，砂轮半径磨损较大，表现为曲线上升 重 、磨削力大、磨削质量不易控制等状况，给 较陡；在稳定磨损阶段，仍会有一些磨粒破碎，但 钛合金磨削造成了很大的困难…。 目前国内外研 主要为磨粒的磨耗磨损，表现为 曲线斜率较小，在 究钛合金主要 以高速磨削为主，在 中低速磨削方 急剧磨损阶段，磨粒大块碎裂，结合桥断裂，砂轮 面研究的较少 ，故本文尝试 以中低速磨削钛合 不能正常工作 ，表现为 曲线斜率急剧上升，一般磨 金 ，研究钛合金磨削时砂轮磨损状态。 削在达到该阶段之前，砂轮就需要重新修整 了 。 砂轮磨损状态在线监测对提高磨削系统的智能 程度有着重要意义 。…般刀具磨损的监测信号常见 的有切削力、功率、振动和噪声等，而对砂轮磨损 状态识别的研究不多，且大多是基于切削力信号进 行研究 。考虑到砂轮磨损监测信号的方便性和经 济性，本文从振动信号着手研究砂轮的磨损状态， 首先分析了砂轮磨损过程及振动与磨损 的内在 联系，然后进行磨削试验研究提取出反映砂轮磨损 图1 砂轮磨损过程 状态的特征值 ，设计了砂轮磨损的判别流程及判别 阈值，用上位机软件开发了砂轮磨损在线监测软件 ， 1．2 砂轮磨损与磨削振动的关系 最后通过试验验证 了砂轮磨损判别方法的可靠性 。 由磨削振动理论可知，系统的振动是由激振源 及系统的结构特性决定的。磨削过程中磨粒不断地 1 基于振动信号的砂轮磨损研究 破碎脱落，由于 白锐性会形成新的磨粒 ，导致与工 1．1 砂轮磨损过程分析 件接触的磨粒数 (有效磨削磨粒)不断发生变化； 砂轮磨损是一个复杂的物理过程 ，其形式主要 工件和砂轮之间互相磨削导致有效磨削磨粒和工件 有磨粒的磨耗磨损、磨粒破碎等 。大量的研究证 明 的接触面积也在不断变化。而在这个过程中，作为 砂轮磨损过程大致可以分为初期磨损、稳定磨损、 振动激励和磨削力、砂轮和工件之间的动态接触刚 度和动态阻尼都在变化，因此砂轮磨损与振动信号 上海市科委项 目：面向汽车发动机关键零件的异型曲面多 之间必然存在着联系 。故本文可以提取出能够表 任务智能磨床 明振动信号的特征值，研究特征值与砂轮磨损之间 编号：13DZ1101602 的关系。