CN114619375B - 一种磨削力在线测量的砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磨削力在线测量的砂轮，设计合理，结构巧妙，能够对磨削力直接进行测量，测量准确，精度高。其包括砂轮部分和采集部分，所述砂轮部分包括砂轮基体、CBN分块磨料片和砂轮盖板；砂轮基体的一侧端面内凹设置信号单元安装槽，砂轮盖板与砂轮基体内凹的一侧端面封装紧固；CBN分块磨料片粘接在砂轮基体外圆周表面；所述采集部分包括切向应变片、轴向应变片和径向应变片，以及用于信号采集和无线发射的信号单元；切向应变片和轴向应变片分别沿切向和轴向嵌入埋放在砂轮基体外圆周表面，径向应变片沿径向设置在信号单元安装槽内；切向应变片、轴向应变片和径向应变片的信号输出端分别连接信号单元的输入端。

Description

一种磨削力在线测量的砂轮
技术领域
本发明涉及精密高速磨削加工领域，具体为一种磨削力在线测量的砂轮。
背景技术
精密回转零部件(如轴承、齿轮等)属于航空航天、军民装备、高端装备中必不可少的零件。砂轮是精密回转零部件磨削中必备的加工设备，而磨削是精密回转零部件必须的加工工序。砂轮对回转零部件表面的磨削力大小将直接影响回转零部件表面残余应力和微变的残余奥氏体含量，从而影响着回转零部件的精度等级和服役寿命。因此，有效的控制精密回转零部件磨削力的大小将提升回转零部件的精度等级和服役寿命。
现有技术中通过功率换算进行磨削力的采集，但是已经完全不能满足精密回转零部件的磨削力控制采集。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种磨削力在线测量的砂轮，设计合理，结构巧妙，能够对磨削力直接进行测量，测量准确，精度高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明一种磨削力在线测量的砂轮，包括砂轮部分和采集部分，
所述砂轮部分包括砂轮基体、CBN分块磨料片和砂轮盖板；砂轮基体的一侧端面内凹设置信号单元安装槽，砂轮盖板与砂轮基体内凹的一侧端面封装紧固；CBN分块磨料片粘接在砂轮基体外圆周表面；
所述采集部分包括切向应变片、轴向应变片和径向应变片，以及用于信号采集和无线发射的信号单元；切向应变片和轴向应变片分别沿切向和轴向嵌入埋放在砂轮基体外圆周表面，径向应变片沿径向设置在信号单元安装槽内；切向应变片、轴向应变片和径向应变片的信号输出端分别连接信号单元的输入端。
可选的，所述砂轮基体上开有四组等分槽；每组等分槽包括切向安装槽、轴向安装槽和径向安装槽，同组内的径向安装槽的位置与切向安装槽和轴向安装槽呈笛卡尔坐标系分布；
切向安装槽用于平贴安装切向应变片，进行X方向的切向力采集；轴向安装槽用于平贴安装轴向应变片，进行Y方向的轴向力采集；径向安装槽用于平贴安装径向应变片，进行Z方向的径向力采集。
可选的，所述切向安装槽和轴向安装槽加工于砂轮基体圆周外表面，并分别对应开设有用于信号线安装的第一导线孔和第二导线孔；径向安装槽加工于信号单元安装槽内。
可选的，所述切向应变片的信号传输导线穿过第一导线孔，一端连接切向应变片，一端连接砂轮基体内部的信号单元安装槽与信号采集模块进行连接；轴向应变片的信号传输导线穿过第二导线孔，一端连接轴向应变片，一端到达砂轮基体内部的信号单元安装槽与信号采集模块进行连接；径向应变片的信号传输导线直接与信号单元进行连接。
可选的，所述信号单元包括依次连接的信号采集模块、信号放大模块和无线传输模块，且分别设置在信号单元安装槽中。
可选的，所述信号单元安装槽呈环形对称设置。
可选的，所述CBN分块磨料片与砂轮基体粘接形成沿圆周的圆周粘胶层，相邻CBN分块磨料片之间呈间隙设置，形成截面粘胶层。
可选的，所述砂轮盖板通过锁紧螺栓穿过六个盖板螺栓安装孔与砂轮基体上的基体螺孔对应连接并锁紧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种磨削力在线测量的砂轮，采用砂轮基体外圆表面开四组应变片安装槽，埋放对应应变片，以及砂轮基体中心掏空，埋放无线传输模块的结构。这种结构在不会影响砂轮刚度情况下，能够实时直接接触磨削力测量方式采集磨削力信号。结构上设计简单并非常实用，能够较为精准的得到实际磨削力的大小，比通过常用的功率换算方法更为准确，精度更高，采集数据参考价值更大，更实际。通过采集在精密加工过程中，砂轮与工件之间的直接接触力，从而能够完全准确得到砂轮与工件之间磨削力的实际值。最后通过采集的直接接触力进行数据分析，从而通过控制磨削参数达到控制磨削力的大小，并间接提升回转零部件加工精度和服役寿命。
附图说明
图1a是本发明实例中所述砂轮的安装结构示意图。
图1b是图1a的左视截面图。
图2是图1a中A部分的放大图。
图3是图1b中B部分的放大图。
图4是本发明实例中砂轮基体的结构正视图。
图5a是本发明实例中所述应变片的结构正视图。
图5b是本发明实例中所述应变片的结构侧视图。
图6是本发明实例中所述砂轮的结构示意图。
图7是本发明实例中砂轮基体的结构示意图。
图8是本发明实例中应变片的结构轴侧图。
图中：1、CBN分块磨料片，2、锁紧螺栓，3、砂轮基体，4、砂轮盖板，5、基体螺孔，6、圆周粘胶层，7、截面粘胶层，8、第一导线孔，9、切向安装槽，10、切向应变片，11、轴向应变片，12、第二导线孔，13、径向应变片，14、径向安装槽，15、轴向安装槽，16、盖板螺栓安装孔，17、第一导线孔，18、Z方向力应变片底层，19、信号单元安装槽，20、Z方向力应变片金属感应区，21、砂轮柄安装孔。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种磨削力在线测量的砂轮，如图1a、图1b和图6所示，其包括砂轮部分和采集部分，
砂轮部分包括砂轮基体3、CBN分块磨料片1和砂轮盖板4；采集部分包括切向应变片10、轴向应变片11和径向应变片13，以及包括信号采集模块、信号放大模块和无线传输模块的信号单元。
如图4和图7所示，砂轮基体整体结构包括砂轮基体3、CBN分块磨料片1和砂轮盖板4三大块。砂轮基体3上开有四组等分槽。每组等分槽包括切向安装槽9、轴向安装槽15和径向安装槽14。其中，本结构是以最小尺寸进行设计，可以在尺寸上通过不同加工的工件直径进行改变相应砂轮基体结构尺寸，适用范围很广。
切向安装槽9用于平贴安装切向应变片10，进行X方向的切向力采集；轴向安装槽15用于平贴安装轴向应变片11，进行Y方向的轴向力采集；径向安装槽14用于平贴安装径向应变片13，进行Z方向的径向力采集。如图5a、图5b和图8所示，
切向安装槽9和轴向安装槽15加工于砂轮基体3圆周外表面，并分别对应开设有用于信号线安装的第一导线孔8和第二导线孔12。径向安装槽14加工于信号单元安装槽19内。径向安装槽14的位置与切向安装槽9和轴向安装槽15呈笛卡尔坐标系分布，这样有利于检测三方向的磨削力。其中，在径向应变片13测试Z方向磨削力时，可以根据Z方向不同进给力的大小更换不同测量范围的应变片，互换性很强。而切向应变片10和轴向应变片11埋放于砂轮基体3的外圆表面，通过导线孔中的信号导线进行传输磨削力信号。这样的结构保证在测量磨削力信号时不会丢失，信号传输过程不会受到干扰。磨削力测试点直接与CBN磨料受力接触，采集信号极佳。优于传统功率换算法，提高了磨削力测量精度和安全性。
砂轮基体3的封装采用与砂轮基体3相同材料的砂轮盖板4封装。并用分布在端面圆周的6个锁紧螺栓2进行封装紧固。CBN分块磨料片1与砂轮基体3外圆周表面粘接。在粘接之前，将切向应变片10、轴向应变片11和径向应变片13粘接到对应槽中；切向应变片10和轴向应变片11对应四组等分槽的在砂轮圆周共四组等分布置。
如图1b和图3所示，切向应变片10的信号传输导线穿过第一导线孔8，一端连接切向应变片10，一端到达砂轮基体内部的信号单元安装槽19与信号采集模块进行连接；轴向应变片11的信号传输导线穿过第二导线孔12，一端连接轴向应变片11，一端到达砂轮基体内部的信号单元安装槽19与信号采集模块进行连接；径向应变片13的信号传输导线直接与信号采集模块进行连接。
信号采集模块、信号放大模块和无线传输模块依次连接且分别放于砂轮基体3内部掏空设置的信号单元安装槽19中，优选的掏空部分呈环形对称设置。
具体安装时的，如图6所示，将加工好的砂轮基体3进行清理干净。特别地，在砂轮基体3上加工的切向(X)、轴向(Y)和径向(Z)安装槽9、15、14处进行喷一层微薄的细沙，用于应变片粘接使用。将切向(X)、轴向(Y)和径向(Z)应变片10、11、13分别合理粘接在对应的切向(X)、轴向(Y)和径向(Z)安装槽9、15、14中，冷却3分钟。切向应变片10和轴向应变片11的信号导线分别通过第一导线孔17和第二导线孔20穿入至砂轮基体3的信号单元安装槽19中。
进一步的，如图1a和图2所示，将加工好的CBN分块磨料片1通过粘接剂进行砂轮圆周按步粘接，并形成砂轮基体与CBN分块磨料片的圆周粘胶层6。每一片CBN分块磨料片1之间留一定的空隙并形成砂轮基体与CBN分块磨料片的截面粘胶层7。进行50度加热并保持3小时。
进一步的，将做好的信号采集模块、信号放大模块和无线传输模块放入砂轮基体3内的信号单元安装槽19中，并将信号采集模块分别与切向应变片10、轴向应变片11和的径向应变片13的导线相连接。
进一步的，将砂轮盖板4通过锁紧螺栓2穿过六个盖板螺栓安装孔16进行与砂轮基体3上的基体螺孔5对应连接并锁紧。
进一步的，将砂轮整体结构通过砂轮柄安装孔21与砂轮炳进行安装并进行磨削力信号采集。
本发明公开了一种磨削力在线测量的砂轮，包括形成砂轮整体结构的砂轮部分和用于磨削力采集与传输的采集部分；在砂轮基体结构上加工工艺简单，应变片安装方便且可靠，磨削力采集更为实际磨削力大小值，互换性高，适用性广。改变传统砂轮基体结构，将砂轮基体3的外圆表面进行应变片安装槽加工，并埋放切向应变片10和轴向应变片11。通过粘胶剂将CBN分块磨料片1与砂轮基体3外缘部分进行粘胶并凝固，此时切向应变片10和轴向应变片11将永远埋放在砂轮基体表面。进一步将砂轮基体内部在一定范围内掏空形成信号单元安装槽19，并在内表面加工径向安装槽14并植入径向应变片13。同样，将切向应变片10和轴向应变片11的导线从应变片对应的导线孔穿出至砂轮基体内部信号单元安装槽19中与信号采集模块连接，通过信号放大模块和无线传输模块进行信号的发送。通过锁紧螺栓2将砂轮盖板4与砂轮基体3上的基体螺孔5进行连接锁紧。通过砂轮柄和砂轮柄安装孔21连接，传动动力，采集XYZ三方向的直接磨削力，并将磨削力信号通过无线的方式传输至外部接收端，完成采集工作。此结构简单，直接采集，数据可信度高，采集范围广，结构互换性强，易改变结构实现更广泛的磨削力采集。
当然上述显示和描述只为说明本发明的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还有会有各种改进和变化，凡根据本发明作的改进、变化或修饰都要落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，包括砂轮部分和采集部分，
所述砂轮部分包括砂轮基体(3)、CBN分块磨料片(1)和砂轮盖板(4)；砂轮基体(3)的一侧端面内凹设置信号单元安装槽(19)，砂轮盖板(4)与砂轮基体(3)内凹的一侧端面封装紧固；CBN分块磨料片(1)粘接在砂轮基体(3)外圆周表面；
所述采集部分包括切向应变片(10)、轴向应变片(11)和径向应变片(13)，以及用于信号采集和无线发射的信号单元；切向应变片(10)和轴向应变片(11)分别沿切向和轴向嵌入埋放在砂轮基体(3)外圆周表面，径向应变片(13)沿径向设置在信号单元安装槽(19)内；切向应变片(10)、轴向应变片(11)和径向应变片(13)的信号输出端分别连接信号单元的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，所述砂轮基体(3)上开有四组等分槽；每组等分槽包括切向安装槽(9)、轴向安装槽(15)和径向安装槽(14)，同组内的径向安装槽(14)的位置与切向安装槽(9)和轴向安装槽(15)呈笛卡尔坐标系分布；
切向安装槽(9)用于平贴安装切向应变片(10)，进行X方向的切向力采集；轴向安装槽(15)用于平贴安装轴向应变片(11)，进行Y方向的轴向力采集；径向安装槽(14)用于平贴安装径向应变片(13)，进行Z方向的径向力采集。
3.根据权利要求2所述的一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，所述切向安装槽(9)和轴向安装槽(15)加工于砂轮基体(3)圆周外表面，并分别对应开设有用于信号线安装的第一导线孔(8)和第二导线孔(12)；径向安装槽(14)加工于信号单元安装槽(19)内。
4.根据权利要求3所述的一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，所述切向应变片(10)的信号传输导线穿过第一导线孔(8)，一端连接切向应变片(10)，一端连接砂轮基体(3)内部的信号单元安装槽(19)与信号采集模块进行连接；轴向应变片(11)的信号传输导线穿过第二导线孔(12)，一端连接轴向应变片(11)，一端到达砂轮基体内部的信号单元安装槽(19)与信号采集模块进行连接；径向应变片(13)的信号传输导线直接与信号单元进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，所述信号单元包括依次连接的信号采集模块、信号放大模块和无线传输模块，且分别设置在信号单元安装槽(19)中。
6.根据权利要求1所述的一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，所述信号单元安装槽(19)呈环形对称设置。
7.根据权利要求1所述的一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，所述CBN分块磨料片(1)与砂轮基体(3)粘接形成沿圆周的圆周粘胶层(6)，相邻CBN分块磨料片(1)之间呈间隙设置，形成截面粘胶层(7)。
8.根据权利要求1所述的一种磨削力在线测量的砂轮，其特征在于，所述砂轮盖板(4)通过锁紧螺栓(2)穿过六个盖板螺栓安装孔(16)与砂轮基体(3)上的基体螺孔(5)对应连接并锁紧。
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