CN102620881A - 平面磨削区磨削液动压力测量装置 - Google Patents

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CN102620881A CN2012101000669A CN201210100066A CN102620881A CN 102620881 A CN102620881 A CN 102620881A CN 2012101000669 A CN2012101000669 A CN 2012101000669A CN 201210100066 A CN201210100066 A CN 201210100066A CN 102620881 A CN102620881 A CN 102620881A
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迟玉伦
李郝林
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Abstract

本发明涉及一种平面磨削区磨削液动压力测量装置，包括硅扩散压力传感器，传感器放大器，A/D采集卡，计算机，硅扩散压力传感器安装在支架上，且硅扩散压力传感器测头垂直于工件圆孔，硅扩散压力传感器通过信号输出线经传感器放大器和A/D采集卡与计算机连接。本发明可实时测量不同工件材料磨削时所要求的磨削区磨削液动压力值。通过实验测量磨削工件材料磨削液动压力值，优化磨削加工工艺参数及磨削液喷嘴位置，对提高磨削效率和磨削质量有重要意义。

Description

平面磨削区磨削液动压力测量装置
技术领域
本发明涉及一种压力测量装置，尤其是一种用于平面磨削区磨削液动压力测量的装置。 
背景技术
近年来，磨削加工技术正向高精度、高速度及强力磨削方向发展，为保证磨削质量对磨削液的使用提出了更高要求。磨削液具有润滑、冷却、清晰等作用，特别是磨削区的磨削液供给充分对磨削加工过程和加工质量影响极大。在平面磨削砂轮作用下，部分磨削液被射入旋转砂轮与工件间的楔形间隙并产生较大的磨削液动压力，磨削液动压力大小不仅反映了磨削液的供给充分与否，还同时反映了磨削质量好坏。因此，如何有效测量磨削区磨削液动压力大小，对提高磨削效率和磨削质量有着重要意义。 
发明内容
本发明是要提供一种平面磨削区磨削液动压力测量装置，该装置使用高精度的扩散硅压力传感器能准确有效测量平面磨削区磨削液动压力，可有效提高磨削效率和磨削质量。 
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种平面磨削区磨削液动压力测量装置，包括硅扩散压力传感器，传感器放大器，A/D采集卡，计算机，其特点是：硅扩散压力传感器安装在支架上，且硅扩散压力传感器测头垂直于工件圆孔，硅扩散压力传感器通过信号输出线经传感器放大器和A/D采集卡与计算机连接。 
硅扩散压力传感器的量程为0-40pa，线性精度为±0.25%FS； A/D采集卡(7)采样频率为 
Figure 242482DEST_PATH_IMAGE002
=1kHz，并通过切比雪夫II型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理，其截止频率应满足下式： 
Figure 488973DEST_PATH_IMAGE006
式中：
Figure 657696DEST_PATH_IMAGE004
为滤波器的截止频率（Hz）,
Figure 386618DEST_PATH_IMAGE008
为砂轮直径（mm）。
硅扩散压力传感器由晶向硅片和四个电阻构成，其中晶向硅片中注入四个电阻，连接成惠斯通电桥。 
本发明的有益效果是：本发明可实时测量不同工件材料磨削时所要求的磨削区磨削液动压力值。通过实验测量磨削工件材料磨削液动压力值，优化磨削加工工艺参数及磨削液喷嘴位置，对提高磨削效率和磨削质量有重要意义。 
附图说明
图1是本发明的结构示意图； 
图2是扩散硅压力传感器工作原理图；
图3是磨削液压力测量结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。 
如图1所示，本发明的平面磨削区磨削液动压力测量装置，包括硅扩散压力传感器1，供电线2，直流稳压电源3，信号输出线4，支架5，传感器放大器6，A/D采集卡7，计算机8，机床工作台9，磨削工件10，磨削液11，磨削液喷嘴12，磨削砂轮13，工件圆孔14，支架圆孔15。 
硅扩散压力传感器1安装在支架5上，且硅扩散压力传感器1测头垂直于工件圆孔14，硅扩散压力传感器1通过信号输出线4经传感器放大器6和A/D采集卡7与计算机8连接。 
如图1所示，在磨削加工之前，选取所磨削工件10，其工件10尺寸：宽为W、长度为L和高度为H。为有效采集磨削加工过程中的磨削区磨削液动压力信号，选用高精度硅扩散压力传感器1的量程为0-40pa，线性精度为±0.25%FS；利用螺栓将硅扩散压力传感器1安装在支架5上，保证硅扩散压力传感器1测头垂直于工件圆孔14，并将支架固定在机床工作台9上。利用直流稳压电源3和供电线2为硅扩散压力传感器1供电。利用信号输出线4通过支架圆孔15将硅扩散压力传感器1连接到传感器放大器6，再连接到A/D采集卡7，最后连接到计算机8。设定硅扩散压力传感器信号A/D采集卡7的采样频率为
Figure 527749DEST_PATH_IMAGE002
=1kHz。最后，启动机床进行磨削加工实验测量。 
本专利使用切比雪夫II型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理。通过计算机8处理测得磨削液动压力信号,如图3所示，为实验磨削中磨削区磨削液压力随时间的变化曲线图。在实际磨削测量过程中，针对所使用工件材料所要求的磨削液动压力值△P，需要反复调节磨削工艺参数Vs、Vw和磨削液喷嘴12位置，在满足磨削区磨削液动压力△P前提下来提高工件材料的磨削效率和磨削质量。 
如图2所示，扩散硅压力传感器1工作原理是利用半导体单晶硅受压力作用时电阻率发生变化的压阻效应，通过半导体平面工艺，在一定晶向硅片的一定位置注入四个电阻，连接成惠斯通电桥，将硅片加工成周边固支的膜片。当膜片上、下两面所受压力不等时，由于压阻效应和晶向位置的关系，四个电阻中R1、R4减小，R2、R3增大，电桥一个对角线通电流I时，令一对角线就输出与压力大小成正比的电压信号△U。 
启动机床，设置机床砂轮13转速为Vs（m/s）,机床工作台9进给速度为Vw（mm/min）和磨削加工深度为ap=0（mm），启动磨削液喷嘴12进行磨削试验。通过上述装置的A/D采集卡7和计算机8记录硅扩散压力传感器1测得磨削液11的动压力信号。为了去除电磁环境等高频干扰信号对实验测量结果的影响，本专利使用切比雪夫II型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理。该低通滤波器的截止频率
Figure 25727DEST_PATH_IMAGE004
应满足下式： 
Figure 344844DEST_PATH_IMAGE006
式中：
Figure 561061DEST_PATH_IMAGE004
为滤波器的截止频率（Hz）,
Figure 443567DEST_PATH_IMAGE008
为砂轮直径（mm）。
通过计算机8处理测得磨削区磨削液动压力信号,如图3所示，为实验磨削中磨削区磨削液压力随时间的变化曲线图，磨削区磨削液压力的最大值为P。 
表1 不同工件材料的磨削区磨削液动压力值 
工件材料 磨削区磨削液动压力值△P（Pa）
材料1 △P1
材料2 △P2
材料3 △P3
材料4 △P4
材料5 △P5
材料6 △P6
由于不同工件材料磨削时所要求的磨削区磨削液动压力值不同，如下表1所示。在实际磨削测量过程中，针对所使用工件材料所要求的磨削液动压力值△P，需要反复调节磨削工艺参数Vs、Vw和磨削液喷嘴12位置，在满足磨削区磨削液动压力△P前提下来提高工件材料的磨削效率和磨削质量。

Claims (4)

1.一种平面磨削区磨削液动压力测量装置，包括硅扩散压力传感器（1），传感器放大器（6），A/D采集卡（7），计算机（8），其特征在于：所述硅扩散压力传感器（1）安装在支架（5）上，且硅扩散压力传感器（1）测头垂直于工件圆孔（14），硅扩散压力传感器（1）通过信号输出线(4)经传感器放大器（6）和A/D采集卡（7）与计算机（8）连接。
2.根据权利要求1所述的平面磨削区磨削液动压力测量装置，其特征在于：所述硅扩散压力传感器（1）的量程为0-40pa，线性精度为±0.25%FS。
3.根据权利要求1所述的平面磨削区磨削液动压力测量装置，其特征在于：所述A/D采集卡(7)采样频率为 
Figure 2012101000669100001DEST_PATH_IMAGE002
=1kHz，并通过切比雪夫II型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理，其截止频率
Figure 2012101000669100001DEST_PATH_IMAGE004
应满足下式：
Figure 2012101000669100001DEST_PATH_IMAGE006
式中：
Figure 768450DEST_PATH_IMAGE004
为滤波器的截止频率（Hz）,
Figure 2012101000669100001DEST_PATH_IMAGE008
为砂轮直径（mm）。
4.根据权利要求1所述的平面磨削区磨削液动压力测量装置，其特征在于：所述硅扩散压力传感器（1）由晶向硅片和四个电阻构成，其中晶向硅片中注入四个电阻，连接成惠斯通电桥。
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