CN112959141A - 一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法，该配研方法包括以下步骤：标定稳定扭矩与磨料粒度之间的关系、标定稳定配研表面粗糙度与磨料粒度之间的关系、确定梯度磨料粒度、以及基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研技术进行配研加工。上述配研方法能够有效提高配研效率与质量。

Description

一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法。
背景技术
以阀座与阀芯为代表的偶件是指相互匹配与配合、须成对制造而不能互换或配置的两个零件。在精密偶件的机械加工中，不仅零件本身精度要求极高，两个配对零件之间的公差要求也十分严格。配研是一种有效的偶件加工方法，其原理是使偶件互为研具，借助于偶件的相对运动，在研磨剂的作用下，去除互偶件配合面上极薄的材料，实现偶件的配合。阀座与阀芯之间的配研通常为典型的轴向配研，是偶件制造业发展的中高级阶段。在拥有高效、高精度加工设备并结合严格工艺过程控制环境下，通过高精度自动检测、直接间隙控制与过程控制，保证稳定可靠的单件精度和配合间隙质量，实现批量生产偶件并使产品具有稳定的综合性能、质量指标与较好的性价比。配研技术的优点在于加工效率很高，加工过程集磨削与检测于一体，加工流程缩短，工序集中，且质量稳定可靠，降低了人为因素的影响。
轴向配研加工包括从手工操作到全自动配研等多种方法，所能达到的精度与配研质量均有所不同，而国内外所采用的测试方法大同小异，其原理几乎一样。配研质量的测试一般采用气动流量法，在待配研的阀芯、阀座中通入具有一定压力的气体，检测阀芯轴向位置与气体流量的关系，根据特性曲线求出覆盖尺寸，也就是配研质量。
然而，现有技术中针对配研技术均依赖于结构设计，很少考虑磨料粒度的影响，而且配研过程没有考虑到研磨效果的评价，配研质量检测均依赖于离线测量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法，能够有效提高配研效率与质量。
本发明采用以下具体技术方案：
一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法，包括以下步骤：
标定稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系；
标定稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系；
确定梯度磨料粒度wi：根据零件最终研磨表面粗糙度Ra的要求，确定满足该表面粗糙度要求的最小磨料粒度w1，使最小磨料粒度w1对应的稳定配研表面粗糙度Ra1≤Ra；根据配研表面的初始表面粗糙度Ra0，确定最大磨料粒度w3，使最大磨料粒度w3对应的稳定配研表面粗糙度Ra3≤Ra0；磨料粒度中值w2为介于w1和w3之间的中间值；
基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研技术，采用最大磨料粒度w3的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到最大磨料粒度w3对应的稳定扭矩T3并稳定维持一定时常t时，更换粒度w2的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到粒度w2对应的稳定扭矩T2并稳定维持一定时常t时，更换最小磨料粒度w1的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到最小磨料粒度w1对应的稳定扭矩T1并稳定维持一定时常t时，完成配研过程。
更进一步地，标定稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系，具体包括：
在恒定载荷P的作用下，选用不同粒度wi的磨料对配研表面进行配研直到扭矩达到稳定扭矩Ti，获得稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系。
更进一步地，标定稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系，具体包括：
测量配研过程中所获得的表面粗糙度Rai，建立稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系。
更进一步地，采用激光共聚焦显微镜测量配研过程中所获得的表面粗糙度Rai。
更进一步地，稳定扭矩Ti稳定维持的时常t为6s～10s。
更进一步地，磨料粒度wi为W20～60。
有益效果：
本发明的基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法根据配研表面研磨后的稳定扭矩、表面粗糙度与磨料粒度之间的关系，实时检测配研过程中的扭矩信息，利用扭矩信息来实现配研过程研磨效果的实时在线评价；配研初期选择粒度较大的磨料，可提高配研效率，配研末期选择粒度较小的磨料，可有效保证配研质量，通过磨料粒度的梯度变化，达到同时提高配研效率与质量的目的。上述方法可广泛应用于智能配研、智能研磨/抛光等表面研抛加工过程。
附图说明
图1为本发明的基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法的工艺流程图；
图2为采用本发明的磨料粒度梯度变化配研方法的配研系统结构示意图。
其中，1-工作台，2-配研工件，3-配研表面，4-主轴，5-扭矩测量仪，6-磨料控制单元，7-磨料盒
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S10，标定稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系，具体包括：
在恒定载荷P的作用下，选用不同粒度wi的磨料对配研表面进行配研直到扭矩达到稳定扭矩Ti，获得稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系；磨料粒度wi可以为W20～60，如：60、100、240、W40、W20，并且当磨料粒度wi分别为60、100、240、W40、W20时，对应的稳定扭矩分别是T60、T100、T240、Tw40、Tw20；
步骤S20，标定稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系，具体包括：
测量配研过程中所获得的表面粗糙度Rai，建立稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系；在配研过程中测量所获得的表面粗糙度时，可以采用激光共聚焦显微镜进行测量；
步骤S30，确定梯度磨料粒度wi：根据零件最终研磨表面粗糙度Ra的要求，确定满足该表面粗糙度要求的最小磨料粒度w1，使最小磨料粒度w1对应的稳定配研表面粗糙度Ra1≤Ra；根据配研表面的初始表面粗糙度Ra0，确定最大磨料粒度w3，使最大磨料粒度w3对应的稳定配研表面粗糙度Ra3≤Ra0；磨料粒度中值w2为介于w1和w3之间的中间值；
步骤S40，基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研技术，采用最大磨料粒度w3的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到最大磨料粒度w3对应的稳定扭矩T3并稳定维持一定时常t时，更换粒度w2的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到粒度w2对应的稳定扭矩T2并稳定维持一定时常t时，更换最小磨料粒度w1的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到最小磨料粒度w1对应的稳定扭矩T1并稳定维持一定时常t时，完成配研过程。稳定扭矩Ti稳定维持的时常t为6s～10s，如：6s、7s、8s、9s、10s。
上述磨料粒度梯度变化配研方法利用配研过程中实时监测的扭矩信息为工艺调整依据，基于恒定载荷下稳定的扭矩信号与磨料粒度、配研表面粗糙度的关联关系自动进行粒度选择，根据配研表面研磨后的稳定扭矩、表面粗糙度与磨料粒度之间的关系，实时检测配研过程中的扭矩信息，利用扭矩信息来实现配研过程研磨效果的实时在线评价；配研初期选择粒度较大的磨料，可提高配研效率，配研末期选择粒度较小的磨料，可有效保证配研质量，通过磨料粒度的梯度变化，达到同时提高配研效率与质量的目的。
上述方法可广泛应用于智能配研、智能研磨/抛光等表面研抛加工过程。
下面以某对阀芯阀座为例说明采用上述方法进行具体配研的过程：
阀芯阀座在配研过程，配研压力选择为100N，配研转速为50rpm，磨料梯度粒度wi分别为60、100、240、W40、W20时，对应的稳定扭矩分别是T60、T100、T240、Tw40、Tw20；
采用激光共聚焦显微镜测量阀芯、阀座配研后所获得的表面粗糙度，采用上述粒度的磨料进行稳定配研后，表面粗糙度Rai分别为4.0μm、3.3μm、2.6μm、1.7μm、1.2μm；
零件最终研磨表面粗糙度要求Ra为1.6μm，满足该表面粗糙度要求的最小磨料粒度w1为W20，对应的稳定配研表面粗糙度Ra1≤Ra；配研前初始表面粗糙度Ra0为8μm，确定最大磨料粒度w3为60，其对应的稳定配研表面粗糙度Ra3≤Ra0；磨料粒度中值w2可取240；
首先，采用最大磨料粒度60的磨料进行配研，通过扭矩传感器等扭矩测量仪5监测配研过程的实时扭矩T，当实时扭矩T达到粒度60对应的稳定扭矩T60并稳定维持8s时，该阶段完成；更换粒度240的磨料进行配研，当实时扭矩T达到粒度80对应的稳定扭矩T80并稳定维持8s时，该阶段完成；更换粒度W20的磨料进行配研，当实时扭矩T达到粒度W20对应的稳定扭矩Tw20并稳定维持8s时，整个配研过程完成。
图2示意了配研过程中所采用的配研系统，配研系统可以包括工作台1、主轴4、安装于主轴4的扭矩测量仪5、设置于工作台1底部的磨料控制单元6以及与磨料控制单元6连通的磨料盒7，如图2结构所示，配研系统可以包括用于容置不同粒度磨料的磨料盒7，配研工件2放置于工作台3上，配研工件2具有配研表面3，通过磨料控制单元6将不同粒度的磨料输送到工作台1，以对配研工件2的配研表面3进行配研加工，使配研表面的表面粗糙度达到要求。
需要说明的是，在上述实施例中，i为1、2、3……。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研方法，其特征在于，包括以下步骤：
标定稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系；
标定稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系；
确定梯度磨料粒度wi：根据零件最终研磨表面粗糙度Ra的要求，确定满足该表面粗糙度要求的最小磨料粒度w1，使最小磨料粒度w1对应的稳定配研表面粗糙度Ra1≤Ra；根据配研表面的初始表面粗糙度Ra0，确定最大磨料粒度w3，使最大磨料粒度w3对应的稳定配研表面粗糙度Ra3≤Ra0；磨料粒度中值w2为介于w1和w3之间的中间值；
基于扭矩反馈的磨料粒度梯度变化配研技术，采用最大磨料粒度w3的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到最大磨料粒度w3对应的稳定扭矩T3并稳定维持一定时常t时，更换粒度w2的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到粒度w2对应的稳定扭矩T2并稳定维持一定时常t时，更换最小磨料粒度w1的磨料进行配研，监测配研过程中的实时扭矩T，当实时扭矩T达到最小磨料粒度w1对应的稳定扭矩T1并稳定维持一定时常t时，完成配研过程。
2.如权利要求1所述的配研方法，其特征在于，标定稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系，具体包括：
在恒定载荷P的作用下，选用不同粒度wi的磨料对配研表面进行配研直到扭矩达到稳定扭矩Ti，获得稳定扭矩Ti与磨料粒度wi之间的关系。
3.如权利要求2所述的配研方法，其特征在于，标定稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系，具体包括：
测量配研过程中所获得的表面粗糙度Rai，建立稳定配研表面粗糙度Rai与磨料粒度wi之间的关系。
4.如权利要求3所述的配研方法，其特征在于，采用激光共聚焦显微镜测量配研过程中所获得的表面粗糙度Rai。
5.如权利要求1-4任一项所述的配研方法，其特征在于，稳定扭矩Ti稳定维持的时常t为6s～10s。
6.如权利要求1-4任一项所述的配研方法，其特征在于，磨料粒度wi为W20～60。
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