CN102621226A - 立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置 - Google Patents

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迟玉伦
李郝林
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Abstract

本发明涉及一种立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置，声发射传感器安装在砂轮半径D2位置处的基体内并密封，并通过信号输出线与固定在砂轮基体上的集电环连接，对应集电环平行设置安装在砂轮壳罩上的非接触式信号接收器，非接触式信号接收器通过声发射信号输出线依次连接传感器信号处理器，A/D采集卡和计算机。本发明可有效测量各种基体材料CBN砂轮磨削工件材料时的声发射信号振动情况，通过比较试验测试结果选用声发射信号振动幅值最小的基体材料CBN砂轮进行大批量磨削加工生产，对提高工件磨削表面质量和磨削效率有重要意义。

Description

立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置
技术领域
本发明涉及一种磨削振动测量装置，尤其是一种用于立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置。
背景技术
随着现代磨削加工技术的发展，立方氮化硼(CBN)砂轮的应用越来越广泛。CBN砂轮基体时用来支撑磨削层和在机床主轴上装卡固定。常用的CBN砂轮基体材料有铝合金、钢、铸铁、胶木基体和酚醛铝纤维基体等。基体是影响CBN砂轮磨削振动性能的重要因素，砂轮基体的材质、形状往往需要根据CBN砂轮的结构和用途来定制，合理选用基体材料对磨削工件质量至关重要，然而目前选用基体材料往往依靠经验资料难以满足实际加工情况。因此，如何有效准确测量各种基体CBN砂轮磨削振动特性，对优选砂轮基体材料、提高工件磨削质量和磨削效率有重要意义。声发射(AE)是一种材料受外力或内力作用而产生变形或断裂时,以弹性波的形式释放能量的现象，声发射传感器是据此声发射原理而制成的一种传感器。磨削中的声发射主要来源于工件材料晶粒的分离、连接间的开裂、磨粒的切入和损坏、切除、滑动摩擦和塑性变形及弹性变形。当CBN砂轮磨削能力较好时，声发射信号频谱图中各频率对应幅值较为平稳；而当CBN砂轮磨削能力较差时，砂轮与工件会产生微小振动，声发射信号频谱在一定频率上对应信号会有较大幅值。所以，需要一种利用声发射传感器检测各种基体CBN砂轮磨削振动大小的测量装置。
发明内容
本发明是要提供一种立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置，用于测量各种基体材料CBN砂轮磨削工件材料时的声发射信号振动情况，通过比较试验测试结果选用声发射信号振动幅值最小的基体材料CBN砂轮进行大批量磨削加工生产，可有效提供磨削工件的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：一种立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置，包括信号输出线，声发射传感器，砂轮基体，声发射信号集电环，CBN砂轮，砂轮壳罩，非接触式信号接收器，信号处理器，A/D采集卡，计算机，其特点是：声发射传感器安装在砂轮半径D2位置处的基体内并密封，并通过信号输出线与固定在砂轮基体上的集电环连接，对应集电环平行设置安装在砂轮壳罩上的非接触式信号接收器，非接触式信号接收器通过声发射信号输出线依次连接传感器信号处理器，A/D采集卡和计算机。
声发射传感器安装在砂轮半径D2=0.75D1位置处的基体内，D1为CBN砂轮基体最大半径。
本发明的有益效果：
本发明可有效测量各种基体材料CBN砂轮磨削工件材料时的声发射信号振动情况，通过比较试验测试结果选用声发射信号振动幅值最小的基体材料CBN砂轮进行大批量磨削加工生产，对提高工件磨削表面质量和磨削效率有重要意义。
实验测量结果如图2所示磨削声发射信号频谱图，各频率对应最大幅值为Pmax。通过测量各种基体材料CBN砂轮磨削工件材料时的声发射信号振动情况，通过比较试验测试结果选用声发射信号振动幅值最小的基体材料CBN砂轮进行大批量磨削加工生产，可有效提供磨削工件的磨削效率和磨削质量。
附图说明
图1是 CBN砂轮基体磨削性能测量装置结构示意图；
图2是 CBN砂轮磨削声发射信号频谱图。
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，本发明的立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置，包括信号输出线1，声发射传感器2，砂轮基体3，声发射信号集电环4，固定螺栓5，CBN砂轮6，砂轮壳罩7，磨削工件8，非接触式信号接收器9，信号处理器10，A/D采集卡11，计算机12。
声发射传感器2安装在砂轮半径D2位置处的基体3内并密封，并通过信号输出线1与固定在砂轮基体3上的集电环4连接，对应集电环4平行设置安装在砂轮壳罩7上的非接触式信号接收器9，非接触式信号接收器9通过声发射信号输出线1依次连接传感器信号处理器10，A/D采集卡11和计算机12。
CBN砂轮基体3最大半径为D1。根据声发射传感器2大小及信号输出线1粗细，在CBN砂轮基体3上开盲孔和导线槽，通过专用胶水将声发射传感器2安装在砂轮半径D2位置处的CBN砂轮基体3内并密封，且D2=0.75D1，使用同样方法将信号输出线1安装在CBN砂轮基体3内并密封。然后将声发射传感器信号输出线1连接到集电环4上，使用八个螺栓5把集电环4固定在CBN砂轮基体3上。再将非接触式信号接收器9安装在砂轮壳罩7上，保证非接触式信号接收器9与CBN砂轮基体3外表面平行，且平行距离为d。
如图1所示，在实验之前，将声发射信号输出线1连接到传感器信号处理器10，再连接到A/D采集卡11，最后连接到计算机12。设定声发射传感器信号A/D采集卡(11)的采样频率为 
Figure 424847DEST_PATH_IMAGE002
，经调试后保证整个测量装置正常工作。
数据滤波处理：为了去除冷却液及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。
设定A/D采集卡11的采样频率为
Figure 659431DEST_PATH_IMAGE002
，启动机床，设定CBN砂轮6线速度为Vs、工作台8速度为Vw，在CBN砂轮6与磨削工件8无接触时，通过上述测量装置的A/D采集卡11和计算机12所采集的信号视为干扰信号，通过其频率成份分析，确定低通滤波器的截止频率
Figure 439168DEST_PATH_IMAGE004
。
机床磨削加工实验，设定CBN砂轮6线速度为Vs、工作台8速度为Vw以及每次磨削深度为ap进行磨削加工实验，实验测量结果如图2所示磨削声发射信号频谱图，各频率对应最大幅值为Pmax。
表1 各种基体材料砂轮磨削不同工件材料时声发射信号最大振动幅值表：
砂轮基体材料 磨削工件材料1时最大振动幅值 磨削工件材料2时最大振动幅值 磨削工件材料3时最大振动幅值 磨削工件材料4时最大振动幅值
基体材料1 P11 P21 P31 P41
基体材料2 P12 P22 P32 P42
基体材料3 P13 P23 P33 P43
基体材料4 P14 P24 P34 P44
基体材料5 P15 P25 P35 P45
基体材料6 P16 P26 P36 P46
基体材料7 P17 P27 P37 P47
基体材料8 P18 P28 P38 P48
由于各种基体材料CBN砂轮磨削不同工件材料时，声发射信号振动幅值大小不一样，如表1所示。在磨削某一种工件材料之前，需要测量多种基体的CBN砂轮磨削该工件材料的声发射信号振动情况，选用声发射信号振动幅值最小的基体材料CBN砂轮进行大批量磨削加工生产，从而提高了该工件材料的磨削效率和磨削质量。

Claims (2)

1.一种立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置，包括信号输出线（1），声发射传感器（2），砂轮基体（3），声发射信号集电环（4），CBN砂轮（6），砂轮壳罩（7），非接触式信号接收器（9），信号处理器（10），A/D采集卡（11），计算机（12），其特征在于：所述声发射传感器（2）安装在砂轮半径D2位置处的基体（3）内并密封，并通过信号输出线（1）与固定在砂轮基体（3）上的集电环（4）连接，对应集电环（4）平行设置安装在砂轮壳罩（7）上的非接触式信号接收器（9），非接触式信号接收器（9）通过声发射信号输出线（1）依次连接传感器信号处理器（10），A/D采集卡（11）和计算机（12）。
2.根据权利要求1所述的立方氮化硼砂轮基体磨削振动性能测量装置，其特征在于：所述声发射传感器（2）安装在砂轮半径D2=0.75D1位置处的基体（3）内，其中D1为CBN砂轮基体（3）最大半径。
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