[0032]T = f (vs, vw, ap，P) (I)
[0033]其中vs、vw, ap、P分别表示砂轮线速度、工件速度、磨削深度和磨削功率，并将其内置于专家数据库系统3内。
[0034]此外，该专家数据库系统3是个学习的专家系统，可通过后续的工艺试验乃至生产实践不断修正经验模型，以确保加工效率与加工质量的有效统一。
[0035]在这种独特的智能磨削方式下，可以使切削深度多达10_20mm，所以对于一些特定的工件的表面，例如涡轮叶片根部、大型重载齿轮，可以进行一次性去除。这是由于大量充足的磨削液能在设定的时间步长中，直接供给到磨削区域，对工件表面进行冷却的同时清洗砂轮表面。
[0036]如图2所示，本发明还提供过了一种基于磨削温度经验模型的可控快速往返点进给磨削系统的磨削方法，具体包括以下步骤:
[0037]步骤1、针对各类待加工材料，通过大量工艺试验，建立专家数据库系统，其中内置磨削温度经验模型(T = f (P))、临界烧伤温度Ts、退回距离和暂停时间；
[0038]其中，温度经验模型具体如公式(I)所示。
[0039]步骤2、基于直线电机驱动，设计快进快退能力的快速往返点进给工作台；
[0040]步骤3、在专家数据库系统内，针对某一磨削条件下，以磨削主轴功率信号的实时反馈为输入量，基于本发明所建立的磨削温度经验模型计算出实时磨削温度；
[0041]步骤4、将其与预先设定的临界烧伤温度阈值相比较:若已加工面温度低于临界烧伤温度，工作台继续进给；若达到或超过临界烧伤温度，工作台按设定的退回距离和暂停时间的快速退回并暂停，使磨削液可以直接进入磨削区进行冷却降温；
[0042]步骤5、随后工作台继续进给，依次循环往复，实现加工余量的去除。
[0043]加工出现异常，对应存储在专家数据库系统内的实时磨削功率值与加工表面质量，及时修正磨削温度经验模型。
[0044]以下将以具体的实例对本发明所述的基于磨削温度经验模型的可控式快速往返点进给磨削方法进行说明。
[0045]本实例提供了基于磨削温度经验模型的可控式快速往返点进给磨削方法在钛合金T1-6A1-4V磨削加工中的应用。为了验证本发明所述磨削方法的磨削效果，该实施例中还对比了传统连续进给磨削和可控快速往返点进给磨削方法的磨削结果。具体加工条件如下:
[0046]砂轮:TYR0LIT 100#树脂结合剂金刚石砂轮；
[0047]修整器:制动式滚轮修整器+氧化铝滚轮；修整深度:Imm ;
[0048]磨削液:浓度为4%的HOCUT 795乳化液，供液压力8Mpa。
[0049]对于钛合金T1-6A1_4V，磨削烧伤温度应为400°C左右，以避免表皮氧化层中的氧元素向材料内部扩散形成α相造成表面脆化。为保证磨削效果，可控快速进给磨削方式下设定临界烧伤温度Ts为300°C。基于大量钛合金T1-6A1-4V磨削工艺试验后，构建的该材料的磨削温度T与工艺参数、磨削主轴功率P之间的经验模型为:
Γλλιγλ? rT0.84426 0.01028 0.93075 0.021029η0.95767
L0050」T = e vs vw ap P
[0051]对于本对比试验中的磨削加工参数为:砂轮线速度Vs= 120m/s，磨削深度ap =0.2mm，工作台速度vw= 3000mm/min ;回退距离S = 10_，停留时间t。= 0.6秒。
[0052]磨削过程中用夹式K型人工热电偶测量磨削温度，并用基恩士 3D超景深显微系统观察磨削后的工件表面微观形貌。两种磨削方法均采用如上磨削条件，在采用可控式快速点进给磨削方法时，设定其工件退出速度为机床伺服系统最高速度10000mm/min。
[0053]图3为磨削过程中所采集到的磨削温度原始信号。由图3a可知，在传统磨削进给方式下，尽管采用了高压磨削液进行冷却，在工件与砂轮接触区内的磨削温度依然急剧上升，达到800°C以上；而在相同磨削条件下，采用快速往返点进给方式磨削，磨削温度原始信号呈脉冲间隔分布，且脉冲的峰值显著降低，基本在设定的临界温度(即300°C )以下。
[0054]图4为采用两种磨削方式所获得工件表面微观形貌。由图4a可知，采用传统磨削进给方式时，工件所磨表面出现暗黑条纹，且局部区域存在剥落现象，这表明磨削时，由于磨削温度过高，工件表面出现烧伤与粘附现象。由图4b可知，采用专利所述的可控式快速往返点进给方式磨削时，工件表面磨削条纹细致均匀分布，且未出现任何烧伤迹象，这表明磨削时，工件冷却充分，磨削温度始终处于材料烧伤温度以下。
【主权项】
1.一种基于磨削温度经验模型的可控快速往返点进给磨削系统，该磨削系统包括高速砂轮主轴系统(I)、主轴功率信号实时采集与处理系统(2)、专家数据库系统(3)、CNC控制系统(4)与快速往返点进给工作台(5); 磨削时，由高速砂轮主轴系统(I)带动砂轮高速回转，对工件进行磨削；同时，主轴功率信号实时采集与处理系统(2)采集工件磨削时功率信号，并将其实时处理后输入至专家数据库系统(3); 通过CNC控制系统(4)内的磨削温度经验模型计算出实时磨削温度； 根据磨削温度经验模型计算出实时磨削温度与存在于预先设定的临界烧伤温度阈值相比较； 若已加工面温度低于临界烧伤温度，发出指令给CNC控制系统(4)，使其控制快速往返点进给工作台(5)继续进给； 若达到或超过临界烧伤温度，则发出指令给CNC控制系统(4)，使其控制快速往返点进给工作台(5)按设定的退回距离和暂停时间的退回和暂停，同时使磨削液直接进入磨削区进行冷却降温，随后工作台继续进给，依次循环往复，实现加工余量的去除。2.根据权利要求1所述的基于磨削温度经验模型的可控快速往返点进给磨削系统，其特征在于，磨削温度经验模型为:T = f (vs, vw, ap，P)(I) 其中vs、vw, ap、P分别表示砂轮线速度、工件速度、磨削深度和磨削功率，并将该磨削温度经验模型内置于专家数据库系统(3)内。3.—种基于磨削温度经验模型的可控快速往返点进给磨削系统的消磨方法，具体包括以下步骤: 步骤1、建立磨削温度经验模型； 步骤2、基于直线电机驱动，设置具备快进快退能力的快速往返点进给工作台； 步骤3、在专家数据库系统内，针对某一磨削条件下，以磨削主轴功率信号的实时反馈为输入量，基于磨削温度经验模型计算出实时磨削温度； 步骤4、将实时磨削温度与预先设定的临界烧伤温度阈值相比较:若已加工面温度低于临界烧伤温度，工作台继续进给；若达到或超过临界烧伤温度，工作台按设定的退回距离和暂停时间的快速退回并暂停，使磨削液可以直接进入磨削区进行冷却降温； 步骤5、随后工作台继续进给，依次循环往复，实现加工余量的去除。4.根据权利要求3所述的基于磨削温度经验模型的可控快速往返点进给磨削系统的消磨方法，其特征在于，磨削温度经验模型为:T = f (vs, vw, ap，P) (I) 其中vs、vw, ap、P分别表示砂轮线速度、工件速度、磨削深度和磨削功率，磨削温度经验模型内置于专家数据库系统(3)内。
【专利摘要】本发明涉及基于磨削温度经验模型的可控快速往返点进给磨削系统，该磨削系统包括高速砂轮主轴系统(1)、主轴功率信号实时采集与处理系统(2)、专家数据库系统(3)、CNC控制系统(4)与快速往返点进给工作台(5)；一方面，由于砂轮及时后退，避开过高磨削温度的产生，抑制了工件表面烧伤和亚表面损伤的形成，改善了工件表面加工质量；另一方面，砂轮后退所产生的间隙，使磨削液可直接进入磨削区域使其得到有效冷却和润滑，减少了砂轮堵塞和钝化，并保证了磨削过程持续进行；更重要的是，基于磨削主轴功率信号的实时反馈，实现了智能可控的最佳化磨削过程在保证加工质量的同时，大大提高了加工效率。
【IPC分类】B24B51/00
【公开号】CN105014539
【申请号】CN201510416713
【发明人】尚振涛, 金滩, 易军, 占国栋, 杜成志
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月16日