[发明专利]一种无心式内圆磨削磨削力在线测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内圆磨削磨削力在线测量装置及其测量方法，尤其涉及一种无心式内圆磨削磨削力在线测量装置及其测量方法。

背景技术

对轴承套圈和环形零件的磨削加工的装夹普遍使用电磁无心夹具，电磁无心夹具是将交流电整流为直流电，通过线圈产生电磁效应，使工件磁化并将工件端面吸紧，实现工件轴向定位。而工件的径向定位是靠调节两个支承，使安放在支承上的工件中心偏离工件轴中心。在无心磨削过程中，使用电磁无心夹具对提高产品的加工精度、生产效率、减轻劳动强度、降低加工费用，起着重要的作用。

目前，国内外已有不少关于平面磨削力和外圆磨削力的试验研究，但内圆磨削力的试验研究则很少。深入研究内圆磨削力的规律性是实现内圆控制力磨削的必要条件。磨削过程中的磨削力主要来源于工件与砂轮接触后引起的弹性变形、塑性变形、切屑形成以及磨料和结合剂与工件表面之间的摩擦作用。磨削加工中的摩擦力既是影响磨削工件质量的主要因素，又是磨床设计及技术改进的重要指标。工件的加工质量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，获取内圆磨削加工中磨削力动态信号，不但可用于内圆磨削加工机理的研究与加工工艺参数的优化，而且可以实现实时调整加工工艺参数。从而做到对加工中磨削力的实时控制，保证加工过程处于最佳状态，对提高工件表面质量与表面精度具有重要意义。内圆磨削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。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种无心式内圆磨削磨削力在线测量装置及其测量方法。本发明是针对内圆磨削加工过程中磨削力的检测要求，结合内圆磨加工机床上电磁无心夹具的结构特点以及磨削力分解的特点，利用电磁无心夹具的前支承和后支承在加工中对工件的支承作用，采用应变式或压电式磨削力在线测量。本发明在线测量装置是在传统支承的基础上，在工件和支承体之间安装一个单向测力传感器，组装成新的结构，实现对内圆磨削过程中工件对两支承作用力的动态检测，具有灵敏度高、线性度好、重复性强、测量精度高的特点，可方便安装于内圆磨机床。

为了解决上述技术问题，本发明一种无心式内圆磨削磨削力在线测量装置予以实现的技术方案是：包括磁盘、端面支承、前支承和后支承；所述前支承包括沿轴向依次设置的支承连接件，所述支承连接件的前端沿其轴向依次连接有传感器底座，单向测力传感器、定位件、球体和限位帽，其中，所述定位件的前端设有一锥形喇叭口，所述限位帽的前端部设有一通孔，所述通孔的直径小于所述球体的直径，所述通孔的内表面为圆弧面，所述圆弧面的曲率半径与所述球体的表面相吻合，所述球体设在所述锥形喇叭口与所述圆弧面之间；所述后支承的结构与所述前支承的结构相同；所述单向测力传感器的输出端依次通过一放大处理器和一A/D转换器后连接至一计算机；所述单向测力传感器将加工中的力学特征转化为电信号，经滤波后输出，并经放大处理器和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。

本发明一种无心式内圆磨削磨削力在线测量方法，包括以下步骤：

装置和工件的安装：通过磁盘和端面支承将工件进行轴向定位；将前支承和后支承通过支承连接件固联在磨床床体上，通过调整前支承和后支承的位置，使工件的外圆面均与所述前支承和后支承上的球体相切，所述切点与所述球体球心之间的连线与所述单向测力传感器的测力方向一致；

开启电源，进行磨削加工；与此同时，所述前支承和后支承中的单向测力传感器检测到磨削过程中前支承对工件沿法向的作用力F₁和后支承对工件沿法向的作用力F₂及空载时前支承对工件沿法向的作用力和后支承对工件沿法向的作用力

两个单向测力传感器将上述测得的力学特征转化为电信号，经滤波后输出，经过放大处理器放大处理后由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，计算机按照下述公式和公式得出磨削过程中的砂轮磨削工件时的法向磨削力F_N和切向磨削力F_T：

         F_N＝ΔF₁(μsinγ+cosγ)+ΔF₂[sin(γ-α)-μcos(α-γ)]    (1)

         F_T＝ΔF₁(μcosγ-sinγ)+ΔF₂[cos(α-γ)-μsin(α-γ)]    (2)