基于热力耦合的磨削监控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于热力耦合的磨削监控方法，其应用于磨削机床上，包括如下步骤：设定阈值、采集磨削件信息、获取磨削件数据、分析判断和分析振动情况；与现有技术相比，通过将磨削件的温度信号集中的各磨削温度信号、力信号集中的各磨削力信号和力振动信息进行综合分析，识别出磨削件加工时磨削件的磨削状态和振动情况，从而提醒操作者，操作者根据提醒做出相应的操作，以此实时监控磨削件的磨削状态并及时进行调整，保证磨削件磨削时处于稳定状态，从而保证工件的磨削质量。

Grinding monitoring method based on thermo mechanical coupling

【技术实现步骤摘要】
基于热力耦合的磨削监控方法
本专利技术涉及磨削加工监测领域，更具体地说涉及一种基于耦合的磨削监控方法。
技术介绍
磨削加工是改善工件表面质量的重要技术之一，很多精密零件需要使用砂轮进行磨削加工和超精密加工，而砂轮磨损钝化程度对工件表面质量有着重要的影响。在磨削加工过程中，不同的磨削参数下磨削温度和磨削力都不一样，较大的磨削温度和磨削力会损坏砂轮和工件，且磨削温度和磨削力波动较大也会影响工件表面质量，而且，随着磨削时间的增加，砂轮的磨粒会出现磨钝和脱落现象，磨削温度和磨削力也会因此发生变化，将会使被加工工件的尺寸精度和表面质量受到严重影响，如果不及时修整或更换砂轮，将会造成产品废品率提高，因此，实时了解砂轮表面所处的状态并及时进行调整磨削参数、更换砂轮或修整砂轮是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于热力耦合的磨削监控方法，其能够实时监控磨削件的磨削状态并及时进行调整。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种基于热力耦合的磨削监控方法，包括如下步骤：A1、设定阈值：确定工件产生磨削裂纹的磨削力阈值、确定工件表面产生烧伤的温度阈值和确定磨削件产生振动的波动阈值；A2、采集磨削件信息：在磨削件磨削过程中采集单位时间内每间隔一段时间的磨削温度信号和磨削力信号，单位时间内采集的磨削温度信号组成温度信号集，单位时间内采集的磨削力信号组成力信号集；A3、获取磨削件数据：对所述温度信号集求均值得到磨削接触区温度，对所述力信号集求均值得到磨削件磨削力，并且从所述力信号集中处理得到力振动信息，所述力振动信息包括多个波动频率；A4、分析判断：将所述磨削接触区温度与所述温度阈值进行比对，以及将所述磨削件磨削力与所述磨削力阈值进行比对；当所述磨削接触区温度小于所述温度阈值且所述磨削件磨削力小于所述磨削力阈值时，则判断所述磨削件处于稳定磨削状态，随后重复步骤A2-A4中；当所述磨削接触区温度大于或者等于所述温度阈值，且/或所述磨削件磨削力大于或者等于所述磨削力阈值，则判断所述磨削件处于磨损状态，并继续下一步骤；A5、分析振动情况：将各所述波动频率的大小均与所述波动阈值的大小进行比对，当各所述波动频率的大小均小于所述波动阈值的大小，则判断所述磨削件没有振动，提醒操作者所述磨削件需要进行处理；当至少一个所述波动频率的大小大于或者等于所述波动阈值的大小，则判断所述磨削件振动，则提醒操作者磨削机床需要进行调整，随后重复步骤A2-A5。步骤A2中，采用温度采样装置采集磨削温度信号，所述磨削温度信号通过信号采集器转换成数字信号，并传输到PC机上；采用压力装置采集磨削力信号，所述磨削力信号通过所述信号采集器转换成数字信号，并传输到所述PC机上。所述信号采集器包括电源模块以及依次连接的差分放大电路、微处理器、通讯模块以及用于显示信号采集状态和选择工作模式的触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述微处理器双向连接，所述微处理器通过所述通讯模块与所述PC机通讯连接，所述PC机的输出端与所述磨削机床的驱动端电性连接，所述电源模块用以提供工作电源给所述差分放大电路、所述微处理器、所述通讯模块和所述触摸显示屏。在步骤A3中，对所述温度信号集中求均值得到所述磨削接触区温度的具体方式为：提取一个所述温度信号集中的全部所述磨削温度信号，并对全部的所述磨削温度信号求均值，通过所求均值获得所述磨削接触区温度。在步骤A3中，对所述力信号集中求均值所述磨削件磨削力的具体方式为：提取一个所述力信号集中的全部磨削力信号，并对全部所述磨削力信号求均值，通过所求均值识别出所述磨削件磨削力。在步骤A3中，根据一个所述力信号集获取所述力振动信息的过程为：B1：提取信号：提取一个所述力信号集中的全部磨削力信号；B2：获取数据：以单位时间内最先采集的磨削力信号为起始点，通过比较差值法得到第一个波谷值F1和第一个波峰值F1’，对应的时间为t1，则第一个力波动大小为△F1＝F1’-F1；再通过比较差值法得到第二个波谷值F2,和第二个波峰值F2’，对应的时间为t2，第二个力波动大小为△F2＝F2’-F2；以此类推，第n个波谷值Fn和第n个波峰值Fn’，第n个力波动大小为△Fn＝Fn’-Fn，对应的时间为tn；B3：计算波动频率：采用公式n为1、2、……，且n为正整数，计算出波动频率P。其应用于磨削机床上，所述磨削机床的工作台上安装有工件，当所述磨削件有振动，则判断所述磨削件的振动原因，判断方式如下：若所述波动频率与所述磨削机床上的电机转速的数值相等或呈正整数倍，则判断所述磨削件的主轴套磨损或所述磨削件破损；若所述波动频率与所述磨床上的工件的往返速度的数值呈整数倍，则判断所述加工机床上的工件或夹具出现问题；若单位时间内的多个所述波动频率呈现为没有规律的分布，则判断所述磨削件磨损程度恶化严重。所述力振动信息还包括振幅和平均磨削力，在步骤B3之后，还包括如下步骤：B4：计算振幅大小：用磨削力的平均波动值△Fn评价磨削力的振幅H，采用公式n为正整数，计算振幅大小H；B5：计算平均磨削力:在单位时间内获取N个采样点的力的平均值FN，采用公式N为正整数且N>n，计算平均磨削力所述压力装置包括薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器夹设于所述磨削机床工作台与所述工件之间；所述温度采样装置包括采样块和安装于所述采样块上的热电偶传感器，所述采样块安装于所述工作台上；其中，所述薄膜压力传感器的采样端和所述热电偶传感器的采样端均电性连接所述差分放大电路的输入端。所述信号采集器具有多个通道信号接收端口。采用上述方法后，本专利技术具有如下有益效果：将磨削件的温度信号集中的各磨削温度信号、力信号集中的各磨削力信号和力振动信息进行综合分析，识别出磨削件加工时磨削件的磨削状态和振动情况，从而提醒操作者，操作者根据提醒做出相应的操作，以此实时监控磨削件的磨削状态并及时进行调整，保证磨削件磨削时处于稳定状态，从而保证工件的磨削质量。附图说明图1为本专利技术中磨削监控方法的流程框图；图2为本专利技术中力振动信息的采集示意图；图3为本专利技术的工作原理图；图4为本专利技术中信号采集器的结构示意图。具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。一种基于热力耦合的磨削监控方法，如图1-4所示，包括如下步骤：A1：设定阈值：确定工件产生磨削裂纹的磨削力阈值、确定工件表面产生烧伤的温度阈值和确定磨削件产生振动的波动阈值：A2：采集磨削件信息：磨削件磨削过程中在单位时间内间隔一段时间采集产生的磨削温度信号，且单位时间内采集的磨削信号组成温度信号集，然后在单位时间内每隔一段时间采集产生的磨削力信号，且单位时间内采集的磨削力信号组成力信号集；A3：获取磨削件数据：从温度信号集中处理得到磨削接触区温度，从力信号集中处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于热力耦合的磨削监控方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA1、设定阈值：确定工件产生磨削裂纹的磨削力阈值、确定工件表面产生烧伤的温度阈值和确定磨削件产生振动的波动阈值；/nA2、采集磨削件信息：在磨削件磨削过程中采集单位时间内每间隔一段时间的磨削温度信号和磨削力信号，单位时间内采集的磨削温度信号组成温度信号集，单位时间内采集的磨削力信号组成力信号集；/nA3、获取磨削件数据：对所述温度信号集求均值得到磨削接触区温度，对所述力信号集求均值得到磨削件磨削力，并且从所述力信号集中处理得到力振动信息，所述力振动信息包括多个波动频率；/nA4、分析判断：将所述磨削接触区温度与所述温度阈值进行比对，以及将所述磨削件磨削力与所述磨削力阈值进行比对；/n当所述磨削接触区温度小于所述温度阈值且所述磨削件磨削力小于所述磨削力阈值时，则判断所述磨削件处于稳定磨削状态，随后重复步骤A2-A4中；/n当所述磨削接触区温度大于或者等于所述温度阈值，且/或所述磨削件磨削力大于或者等于所述磨削力阈值，则判断所述磨削件处于磨损状态，并继续下一步骤；/nA5、分析振动情况：将各所述波动频率的大小均与所述波动阈值的大小进行比对，当各所述波动频率的大小均小于所述波动阈值的大小，则判断所述磨削件没有振动，提醒操作者所述磨削件需要进行处理；当至少一个所述波动频率的大小大于或者等于所述波动阈值的大小，则判断所述磨削件振动，则提醒操作者磨削机床需要进行调整，随后重复步骤A2-A5。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于热力耦合的磨削监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1、设定阈值：确定工件产生磨削裂纹的磨削力阈值、确定工件表面产生烧伤的温度阈值和确定磨削件产生振动的波动阈值；
A2、采集磨削件信息：在磨削件磨削过程中采集单位时间内每间隔一段时间的磨削温度信号和磨削力信号，单位时间内采集的磨削温度信号组成温度信号集，单位时间内采集的磨削力信号组成力信号集；
A3、获取磨削件数据：对所述温度信号集求均值得到磨削接触区温度，对所述力信号集求均值得到磨削件磨削力，并且从所述力信号集中处理得到力振动信息，所述力振动信息包括多个波动频率；
A4、分析判断：将所述磨削接触区温度与所述温度阈值进行比对，以及将所述磨削件磨削力与所述磨削力阈值进行比对；
当所述磨削接触区温度小于所述温度阈值且所述磨削件磨削力小于所述磨削力阈值时，则判断所述磨削件处于稳定磨削状态，随后重复步骤A2-A4中；
当所述磨削接触区温度大于或者等于所述温度阈值，且/或所述磨削件磨削力大于或者等于所述磨削力阈值，则判断所述磨削件处于磨损状态，并继续下一步骤；
A5、分析振动情况：将各所述波动频率的大小均与所述波动阈值的大小进行比对，当各所述波动频率的大小均小于所述波动阈值的大小，则判断所述磨削件没有振动，提醒操作者所述磨削件需要进行处理；当至少一个所述波动频率的大小大于或者等于所述波动阈值的大小，则判断所述磨削件振动，则提醒操作者磨削机床需要进行调整，随后重复步骤A2-A5。


2.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合的磨削监控方法，其特征在于：步骤A2中，采用温度采样装置采集磨削温度信号，所述磨削温度信号通过信号采集器转换成数字信号，并传输到PC机上；
采用压力装置采集磨削力信号，所述磨削力信号通过所述信号采集器转换成数字信号，并传输到所述PC机上。


3.根据权利要求2所述的一种基于热力耦合的磨削监控方法，其特征在于：所述信号采集器包括电源模块以及依次连接的差分放大电路、微处理器、通讯模块以及用于显示信号采集状态和选择工作模式的触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述微处理器双向连接，所述微处理器通过所述通讯模块与所述PC机通讯连接，所述PC机的输出端与所述磨削机床的驱动端电性连接，所述电源模块用以提供工作电源给所述差分放大电路、所述微处理器、所述通讯模块和所述触摸显示屏。


4.根据权利要求1或2所述的一种基于热力耦合的磨削监控方法，其特征在于：在步骤A3中，对所述温度信号集中求均值得到所述磨削接触区温度的具体方式为：提取一个所述温度信号集中的全部所述磨削温度信号，并对全部的所述磨削温度信号求均值，通过所求均值获得所述磨削接触区温度。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤芳怡，汪旋，洪健，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35