专利名称：外圆珩磨磨削力在线测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种外圆珩磨磨削力在线测量装置和方法，具体说是一种用于外圆珩磨加工的应变式磨削力在线测量装置。
背景技术：
外圆珩磨是一种固结磨粒精加工工艺。通过装配在珩磨头上的油石，沿径向对工件施加一定的压力，珩磨工具或工件同时作相对旋转和轴向直线往复运动，工件上极小余量。通过旋转运动和往复运动在工件表面上形成一定角度的交叉网纹，该网纹可有效改善被加工工件的润滑性能，从而提高工件的抗磨性。此外，珩磨加工是“创造性加工”工艺方法，即用精度比较低的加工设备加工出高精度的工件，具有加工精度高、表面粗糙度低、加工变质层小、表面残余应力低及加工效率高等特点，广泛应用于航空、航天、国防、汽车零部件、摩托车、空气油压、日用家电、金属模具、通用发动机、缝纫机等诸多国计民生产业，其技术进步对我国制造业的发展具有重要影响。珩磨加工过程中的磨削力主要来源于工件与油石接触后引起的弹性变形、塑性变形、切屑形成、以及油石与工件表面之间的摩擦作用。珩磨加工中的磨削力一方面反映了工件与油石的接触摩擦状态，另一方面会引起机床的变形，从而影响工件的加工精度。工件的加工精度不仅关系到工件的耐磨性与使用寿命，更关系到工件组件功能的实现。因此，获取外圆珩磨加工中磨削力动态信号，一方面可用于珩磨加工机理的研究与加工工艺参数的优化；另一方面可以对外圆珩磨机床动态特性和油石磨削性能进行实时监控，并根据磨削力对油石压力等加工工艺参数进行实时调整，实时控制加工中的磨削力，可使加工过程处于最佳状态，对提高工件表面精度与表面质量具有重要意义。外圆珩磨磨削力在线测量装置的研制开发不仅可用于机械生产企业的加工过程监控与产品质量控制，更可应用于高等院校和科研机构的教学与研究，具有较高的实用价值和应用前景。目前尚未发现外圆珩磨磨削力在线测量装置的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外圆珩磨磨削力在线测量装置和方法。针对外圆珩磨加工过程中磨削力的检测要求，结合研发的外圆珩磨加工机床的结构特点以及磨削力随网纹夹角矢量分解的特点，利用油石座支承梁在加工中的应变效应，提供的一种应变式磨削力在线测量装置。采用一个单向应变式传感器，组装成外圆珩磨油石座支承梁结构，实现对外圆珩磨中轴向磨削力的动态检测，具有灵明度高、线性度好、重复性强、测量精度高的特点，可方便安装于外圆珩磨机床。本发明提供的外圆珩磨磨削力在线测量装置主要包括支架、铰接轴、后联结体、支承板、应变传感器、前联结体、油石座等。支架底面均布两长槽孔，通过该通孔与机床升降台连接在一起；后联结体的通孔两端分别安装两个深沟球轴承，轴承外圈与后联结体的通孔采用过盈配合，铰接轴穿过支架的两支承孔和两轴承的内圈，把支架和后联结体铰接在一起，铰接轴的前端由锁紧螺母紧固；两侧支承板的两端分别与前联结体和后联结体通过组螺栓联结；应变传感器嵌入两侧支承板之间，并通过4个螺钉与两侧支承板固定；油石座经 2个调整螺钉、压板、2个弹簧垫圈与前联结体联结到一起；油石座顶面开有十字沟槽，沟槽相交处垂直工件经压板安装支承轴，承载轴承经支承轴和压板固定在油石座的顶端槽内； 油石座的底面开有通槽，通槽方向与工件轴向一致，油石通过油石垫板由两个夹紧螺钉加紧固定于通槽内。油石座上表面放置压板，通过调整螺钉将前联结体的一端固定在油石座的下表面上，另一端通过紧固螺钉应变传感器相连接。本发明提供的一种用于外圆珩磨磨削力在线测量装置的方法是依据关系式进行Fc = F1MnaFt = F1Aan α其中，Fl为沿工件轴向的轴向力，Ft为垂直于工件轴向的径向力，Fc为Fl与Ft 的合力。α = arctan (Vvt)，Vt = π Dn/1000，D 为工件直径(mm)，Ii1 为工件转速(r/min)， V1为工件往复速度(m/s)。本发明的显著效果是该外圆珩磨磨削力测量装置结构简单，安装维护方便，测量精确，量程广，同时满足在线监测与数据存储，可安装在普通车床、外圆磨床上使用。通过该装置，既可对加工中的磨削力进行实时监控，也可将其存储为若干数据格式用于后续的分析研究。
图1是本发明装置的总装配图。图2是本发明装置的A-A剖面图。图3是本发明的测量原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细说明如图所示，其中1是支架，2是铰接轴，3是锁紧螺母，4是后联结体，5是螺栓，6是螺钉，7是支承板，8是前联结体，9是调整螺钉，10是压板、11是弹簧垫圈、12是油石座，13 是承载轴承，14是支承轴，15是油石垫板，16是夹紧螺钉，17是油石，18是应变传感器，19 是轴承；a是油石座12顶端的长槽孔，b是支架1底面两侧的长槽孔。支架1底面均布两长槽孔b，通过该通孔与机床升降台连接在一起；后联结体4的通孔两端分别安装两个深沟球轴承19，轴承19外圈与后联结体4的通孔配合，铰接轴2穿过支架1的两支承孔和轴承19的内圈，把支架1和后联结体4铰接在一起，铰接轴2的前端由锁紧螺母3紧固；两侧支承板7的两端分别与前联结体8和后联结体4通过4组螺栓 5联结；应变传感器18嵌入两侧支承板7之间，并通过4个螺钉6与两侧支承板7固定；油石座12经2个调整螺钉9、压板10、2个弹簧垫圈11与前联结体8联结到一起；油石座12 顶面开有十字沟槽，沟槽相交处垂直工件经压板10安装支承轴14，承载轴承13经支承轴 14和压板10固定在油石座12的顶端槽a内；油石座12的底面开有通槽a，通槽a方向与工件轴向一致，油石17通过油石垫板15由两个夹紧螺钉16加紧固定于通槽a内。前联结体8的前端通过调整螺钉9和弹簧垫圈11的固定在油石座12的下表面上，另一端通过螺栓5及螺钉6与应变传感器18相连接。本发明装置的安装过程是将油石垫板15和油石17安装到油石座12底端的通槽内，并通过两个夹紧螺钉16进行固定，保证油石17紧固可靠受力均勻，使油石17底面与油石座12底端的通槽底面紧密接触；调节调整螺钉9，使油石座12保持水平位置；两侧支承板7的两端分别与前联结体8和后联结体4通过4组螺栓5刚性连接；应变传感器18嵌入两侧支承板7之间，并通过4个螺钉6与两侧支承板7刚性连接；承载轴承13用来传递加载压力，达到减小摩擦力的效果，减小测量误差；后联结体4与轴承19过盈装配，铰接轴2 轴端由锁紧螺母3锁紧，保证该测量装置仅具有绕铰接轴2旋转的自由度；最后，将该测量装置通过支架1底面两侧的两长槽孔a，刚性固定在机床上。应变传感器18为铝合金材料，具有平行梁结构，表面阳极化，应变剂表面经硅橡胶密封，具有耐腐蚀性；该传感器可以把加工中的力学特征转化为电阻值的变化，通过动态电阻应变仪将电阻值变化转化为电信号，经滤波后输出并进行放大处理，并由A/D转换器将放大的电信号转化为数字信号输入到计算机中，从而实时显示在电脑屏幕上。图3是本发明的测量过程原理示意图。外圆珩磨加工中的磨削力可分为沿工件轴向的轴向力F1、垂直于工件轴向的径向力Ft与二者的合力Fe。该装置可直接检测出加工中沿工件轴向的磨削分力F1，其它两个分力可分别通过加工参数计算求得。Fc = F1MnaFt = F1Aan α其中，α= Eirctan(V1ZVt), vt = π Dn1ZlOOO, D 为工件直径(讓)，Ii1 为工件转速 (r/min)，V1为工件往复速度(m/s)。本发明一种用于外圆珩磨磨削力测量装置具有结构简单，安装维护方便，测量精确，量程广等良好特性，通过该装置，既可对加工中的磨削力进行实时监控，也可将其存储为若干数据格式用于后续的分析研究。
权利要求
1.一种用于外圆珩磨磨削力的在线测量装置，其特征在于它主要包括支架，铰接轴， 后联结体，支承板，前联结体，压板、油石座和应变传感器；支架底面均布两长槽孔，通过该通孔与机床升降台连接在一起；后联结体的通孔两端分别安装两个深沟球轴承，轴承外圈与后联结体的通孔采用过盈配合，铰接轴穿过支架的两支承孔和两轴承的内圈，把支架和后联结体铰接在一起，铰接轴的前端由锁紧螺母紧固；两侧支承板的两端分别与前联结体和后联结体通过组螺栓联结；应变传感器嵌入两侧支承板之间，并通过4个螺钉与两侧支承板固定；油石座经2个调整螺钉、压板、2个弹簧垫圈与前联结体联结到一起；油石座顶面开有十字沟槽，沟槽相交处垂直工件经压板安装支承轴，承载轴承经支承轴和压板固定在油石座的顶端槽内；油石座的底面开有通槽，通槽方向与工件轴向一致，油石通过油石垫板由两个夹紧螺钉加紧固定于通槽内；前联结体的另一端通过螺栓及螺钉与应变传感器相连接。
2.一种用于外圆珩磨磨削力的在线测量的方法，其特征在于它是依据下述关系式进行Fc = F1Zsin α Ft = F1/tan α其中，Fl为沿工件轴向的轴向力，Ft为垂直于工件轴向的径向力，Fc为Fl与Ft的合力；α = arctan (vi/vt), vt = π Dn1ZlOOO, D 为工件直径(mm)，Ii1 为工件转速(r/min)，V1 为工件往复速度(m/s)。
全文摘要
本发明涉及一种外圆珩磨磨削力在线测量装置和方法，装置主要包括支架、铰接轴、后联结体、支承板、应变传感器、前联结体、油石座等。通过该通孔与机床升降台连接在一起；后联结体两端分别安装两个深沟球轴承，铰接轴穿过支架的两支承孔和两轴承的内圈，支架和后联结体铰接；两侧支承板的两端分别与前联结体和后联结体通过组螺栓联结；应变传感器嵌入两侧支承板之间；油石座顶面开有十字沟槽，沟槽相交处垂直工件经压板安装支承轴，承载轴承经支承轴和压板固定在油石座的顶端槽内；油石通过油石垫板由两个夹紧螺钉加紧固定于通槽内；油石座上表面放置压板。本发明具有灵明度高、线性度好、重复性强、测量精度高的特点，可方便安装于外圆珩磨机床。
文档编号B24B49/10GK102172892SQ20111002099
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者任成祖, 冯强 申请人:天津大学