CN111761514B - 基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法 - Google Patents

基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法,该砂轮外圆周面上排布有大量磨块,多数磨块中的结合剂为没有放射性的电镀28Ni层,部分磨块中的结合剂为具有放射性的电镀63Ni层;监测方法为:通过信号检测器实时监测该砂轮上的放射性信号,根据磨块在砂轮径向的厚度与放射性信号的强度之间的关联,当检测到的信号强度快速减弱时,表明电镀63Ni层正在被急剧磨损即磨料层磨损严重,则砂轮需要修整;当检测到的信号达到某一阈值时,表明修整的磨粒层出刃高度符合要求,可以进行磨削;根据放射性信号的强度,判断砂轮需要进行修整或者可以用于磨削。本发明可实时监测砂轮磨损状态、及时修整砂轮,提高了磨削效率和质量。

Description

基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法
技术领域
本发明涉及一种有序微槽多层磨料砂轮磨损状态的监测方法,尤其涉及一种基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法。
技术背景
磨削加工是实现关键零部件精密加工的一种重要方法,作为先进制造技术中的重要领域,磨削加工技术已在国防军工、航空航天、芯片制造、工程装备、汽车产业等众多行业企业得到广泛应用。但在实际磨削加工过程中,砂轮在磨削工件的同时其自身也会被逐步磨损,特别是多层磨料砂轮,磨料层被磨损而引起磨粒出刃高度降低后,不仅无法对工件进行有效加工,而且会加速磨削热的生成,从而降低磨削效率和磨削质量。如果在磨削过程中对砂轮的磨损状态进行监测,并实时反馈给磨床数控系统,及时对砂轮进行修整,能够有效提高磨削效率、保证磨削质量。
公开号为CN106078508A的专利“一种砂轮磨损在线监测方法”,利用差压测量技术和误差分离技术监测砂轮工作表面与冷却液喷嘴端面之间的压力变化,进而在线测量砂轮的磨损量。该方法可以对砂轮磨损状态进行在线监测,但是容易受外界环境干扰,特别是冷却液压力的突变容易引起误判。
发明内容
为解决上述砂轮磨损状态监测方法存在的问题,本发明提出一种基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法,克服了砂轮磨损状态检测容易受到外界环境干扰的弊端。有序微槽多层磨料砂轮的结构为:在砂轮轮毂外圆周面上排布有大量的磨块,相邻磨块之间布置有微槽,微槽阵列在砂轮外圆周工作面上且呈等间距有序排布;磨块是采用电镀工艺将磨料层固结在轮毂外圆周,即包含了磨料层和电镀层,且磨料层为多层,电镀层为结合剂;磨料层是由大量超硬磨料组成;大部分磨块中的电镀层为没有放射性的电镀28Ni层,3~5个磨块中的电镀层为具有放射性的电镀63Ni层,且均布在砂轮外圆周面上。
为了实现上述目的,本发明采用的监测方法包括:制备出镀有同位素28Ni和63Ni的多层磨料层电镀砂轮,并保证最外层磨料层的出刃高度为其自身粒径的40%;标定并建立磨块在砂轮径向的厚度与同位素放射性信号的强度之间的相互关联。开启信号检测器实时监测同位素放射性信号,开始磨削工件,磨块的最外层磨料层的出刃部分会被逐步磨损,而电镀层的磨损程度非常小,即此时同位素放射性信号强度几乎不变。当最外层磨料层的出刃部分磨损完毕时,继续磨削会引起电镀层急剧磨损,从而导致同位素放射性信号强度快速变弱,表明此时最外层的磨料层磨损严重即砂轮需要修整;开启ELID修整装置电解金属结合剂即电镀层,使得最外层残余磨料脱落并露出第二层磨料层。根据上述标定的磨块的厚度与放射性信号的强度之间的关系,当检测到的信号达到某一阈值时,则表明第二层磨料层的出刃高度达到其自身粒径的40%,继续磨削工件;此时,磨块的第二层磨料层的出刃部分会被逐步磨损,而电镀层的磨损程度非常小,即此时同位素放射性信号强度几乎不变。当第二层磨料层的出刃部分磨损完毕时,继续磨削又会引起电镀层急剧磨损,从而导致同位素放射性信号强度快速变弱,表明此时第二层的磨料层磨损严重即砂轮需要再次修整;开启ELID修整装置再次对砂轮进行修整,使得第二层残余磨料脱落并露出第三层磨料层。根据上述标定的磨块的厚度与放射性信号的强度之间的关系,当检测到的信号表明第三层磨料层的出刃高度达到其自身粒径的40%,继续磨削工件;重复上述步骤,然后根据标定的磨块的厚度与放射性信号的强度之间的关系,判断砂轮所处的状态并对砂轮进行修整或者用于磨削加工,直至砂轮所有磨料层都磨耗完毕。
所述的同位素放射信号强度标定,是指建立磨块的厚度与同位素放射信号的强度之间的关系,这样可以得知磨料层的出刃高度,从而判断砂轮修整是否到位,确定能否用于后续磨削。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果。
①可以实时监测砂轮的工作状态。本发明建立了磨块的厚度与同位素放射信号的强度之间的相互关联,通过实时监测信号强度,可以判断砂轮后续磨削时的磨损状态,以及砂轮后续磨削时修整是否到位。
②不会对磨削和修整过程产生干扰。本发明利用信号检测器监测砂轮上的同位素放射性信号,信号检测器不会接触砂轮,不会干扰磨削和修整过程。
③受外界环境影响小。63Ni是元素周期表中28号元素28Ni的一种同位素,具有放射性且放射强度稳定,其放射信号不易受到外界环境的干扰,放射强度只与63Ni层的厚度即磨块在砂轮径向的厚度密切相关。
④影响外界环境小。63Ni的半衰期为100±2年,其放射性信号持续时间长,不足以对操作人员及周围物体造成危害。
⑤监测过程相对简单易于操控,实现了智能化监测。
附图说明
图1为基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法的流程图。
图2为包含有同位素28Ni和63Ni的多层磨料层电镀砂轮初始状态示意图。
图3为最外层磨料磨损严重且需要首次修整的状态示意图。
图4为最外层磨料修整完后且第二层磨料出刃高度达到其自身粒径40%时的状态示意图。
图5为第二层磨料磨损后且需要再次修整的状态示意图。
其中,1-轮毂、2-微槽、3-磨块、4-磨料层、5-磨料、6-电镀层、6-1-电镀28Ni层、6-2-电镀63Ni层。
具体实施方式
下面结合附图对发明具体实施方式做进一步说明。
参见图1至图5,一种基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法,所述的有序微槽多层磨料砂轮的结构为:在砂轮轮毂1外圆周面上排布有大量的磨块3,相邻磨块3之间布置有微槽2,微槽2阵列在砂轮外圆周工作面上且呈等间距有序排布;磨块3是采用电镀工艺将磨料层4固结在轮毂1外圆周,即包含了磨料层4和电镀层6,且磨料层4为多层,电镀层6为结合剂;磨料层4是由大量超硬磨料5组成;大部分磨块3中的电镀层6为没有放射性的电镀28Ni层6-1,3~5个磨块3中的电镀层6为具有放射性的电镀63Ni层6-2,且均布在砂轮外圆周面上,采用具有放射性的63Ni是元素周期表中28号元素28Ni的一种同位素,具有放射性且放射强度稳定,其放射信号不易受到外界环境的干扰,放射强度只与63Ni层的厚度即磨块在砂轮径向的厚度密切相关;同时63Ni的半衰期为100±2年,其放射性信号持续时间长,不足以对操作人员及周围物体造成危害,对外界环境影响小。
一种基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法,包括下列步骤:
步骤一、砂轮制备与同位素放射信号强度标定:制备出镀有同位素28Ni和63Ni的多层磨料层4电镀砂轮,并保证最外层磨料层4的出刃高度为其自身粒径的40%;标定并建立磨块3在砂轮径向的厚度与同位素放射性信号的强度之间的相互关联。在砂轮上镀有63Ni的磨料层,并标定建立磨块的厚度与同位素放射性信号的强度之间的相互关联,通过实时监测信号强度,可以判断砂轮后续磨削时的磨损状态,以及砂轮后续修整时修整是否到位,可以实时监测砂轮的工作状态,同时监测过程相对简单易于操控,实现了智能化监测。
步骤二、开始磨削并监测放射信号:开启信号检测器实时监测同位素放射性信号,开始磨削工件,显然,磨块3的最外层磨料层4的出刃部分会被逐步磨损,而电镀层6的磨损程度非常小,即此时同位素放射性信号强度几乎不变。
步骤三、砂轮磨损状态的判定及首次修整砂轮:当最外层磨料层4的出刃部分磨损完毕时,继续磨削会引起电镀层6急剧磨损,从而导致同位素放射性信号强度快速变弱,表明此时最外层的磨料层4磨损严重即砂轮需要修整;开启ELID修整装置电解金属结合剂即电镀层6,使得最外层残余磨料脱落并露出第二层磨料层4。
步骤四、砂轮修整状态的判定及继续磨削:根据步骤一标定的磨块3的厚度与放射性信号的强度之间的关系,当检测到的信号达到某一阈值时,则表明第二层磨料层4的出刃高度达到其自身粒径的40%,继续磨削工件;此时,磨块3的第二层磨料层4的出刃部分会被逐步磨损,而电镀层6的磨损程度非常小,即此时同位素放射性信号强度几乎不变。
步骤五、砂轮磨损状态的判定及再次修整砂轮:当第二层磨料层4的出刃部分磨损完毕时,继续磨削又会引起电镀层6急剧磨损,从而导致同位素放射性信号强度快速变弱,表明此时第二层的磨料层4磨损严重即砂轮需要再次修整;开启ELID修整装置再次对砂轮进行修整,使得第二层残余磨料脱落并露出第三层磨料层4。
步骤六、继续磨削及后续砂轮的修整与磨削:根据步骤一标定的磨块3的厚度与放射性信号的强度之间的关系,当检测到的信号表明第三层磨料层4的出刃高度达到其自身粒径的40%,继续磨削工件;重复步骤四、步骤五,根据步骤一标定的磨块3的厚度与放射性信号的强度之间的关系,判断砂轮所处的状态并对砂轮进行修整或者用于磨削加工,直至砂轮所有磨料层都磨耗完毕。
本发明是利用信号检测器来监测砂轮上的同位素放射性信号,信号检测器不会接触砂轮,不会干扰磨削和修整过程,克服了砂轮磨损状态检测容易受到外界环境干扰的弊端。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明,而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法,所述的有序微槽多层磨料砂轮的结构为,在砂轮轮毂(1)外圆周面上排布有大量的磨块(3),相邻磨块(3)之间布置有微槽(2),微槽(2)阵列在砂轮外圆周工作面上且呈等间距有序排布;磨块(3)是采用电镀工艺将磨料层(4)固结在轮毂(1)外圆周,即包含了磨料层(4)和电镀层(6),且磨料层(4)为多层,电镀层(6)为结合剂;磨料层(4)是由大量超硬磨料(5)组成;大部分磨块(3)中的电镀层(6)为没有放射性的电镀28Ni层(6-1),3~5个磨块(3)中的电镀层(6)为具有放射性的电镀63Ni层(6-2),且均布在砂轮外圆周面上;
其特征在于,有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法包括:步骤一、砂轮制备与同位素放射信号强度标定:制备出镀有同位素28Ni和63Ni的多层磨料层(4)电镀砂轮,并保证最外层磨料层(4)的出刃高度为其自身粒径的40%;标定并建立磨块(3)在砂轮径向的厚度与同位素放射性信号的强度之间的相互关联;
步骤二、开始磨削并监测放射信号:开启信号检测器实时监测同位素放射性信号,开始磨削工件,显然,磨块(3)的最外层磨料层(4)的出刃部分会被逐步磨损,而电镀层(6)的磨损程度非常小,即此时同位素放射性信号强度几乎不变;
步骤三、砂轮磨损状态的判定及首次修整砂轮:当最外层磨料层(4)的出刃部分磨损完毕时,继续磨削会引起电镀层(6)急剧磨损,从而导致同位素放射性信号强度快速变弱,表明此时最外层的磨料层(4)磨损严重即砂轮需要修整;开启ELID修整装置电解金属结合剂即电镀层(6),使得最外层残余磨料脱落并露出第二层磨料层(4);
步骤四、砂轮修整状态的判定及继续磨削:根据步骤一标定的磨块(3)的厚度与放射性信号的强度之间的关系,当检测到的信号达到某一阈值时,则表明第二层磨料层(4)的出刃高度达到其自身粒径的40%,继续磨削工件;此时,磨块(3)的第二层磨料层(4)的出刃部分会被逐步磨损,而电镀层(6)的磨损程度非常小,即此时同位素放射性信号强度几乎不变;
步骤五、砂轮磨损状态的判定及再次修整砂轮:当第二层磨料层(4)的出刃部分磨损完毕时,继续磨削又会引起电镀层(6)急剧磨损,从而导致同位素放射性信号强度快速变弱,表明此时第二层的磨料层(4)磨损严重即砂轮需要再次修整;开启ELID修整装置再次对砂轮进行修整,使得第二层残余磨料脱落并露出第三层磨料层(4);
步骤六、继续磨削及后续砂轮的修整与磨削:根据步骤一标定的磨块(3)的厚度与放射性信号的强度之间的关系,当检测到的信号表明第三层磨料层(4)的出刃高度达到其自身粒径的40%,继续磨削工件;重复步骤四、步骤五,根据步骤一标定的磨块(3)的厚度与放射性信号的强度之间的关系,判断砂轮所处的状态并对砂轮进行修整或者用于磨削加工,直至砂轮所有磨料层都磨耗完毕。
2.根据权利要求1所述的基于放射信号的有序微槽多层磨料砂轮磨损状态监测方法,其特征在于,所述的同位素放射信号强度标定,是指建立磨块(3)的厚度与同位素放射信号的强度之间的关联,以得知磨料层(4)的出刃高度,从而判断砂轮修整是否到位,确定能否用于后续磨削。
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