CN1775476A - 内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法 - Google Patents

Abstract

一种内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，属于机械加工技术领域。本发明包括以下步骤：(1)功率变换器从珩磨主轴电机的变频器采集珩磨主轴电机的电流和电压信号；(2)功率显示表从功率变换器接收到与主轴电机瞬时功率成正比的电压信号，选择有信号输出端口的功率显示表；(3)计算机接到数据开始采集信号后，数据采集卡开始从功率显示表输出端口采集珩磨主轴电机瞬时功率；(4)采用Lab VIEW技术实现珩磨加工过程中在线珩磨主轴电机功率信号实时图形显示；(5)基于PLC技术编制监控子程序，实现对内孔珩磨加工过程珩磨条状态的实时监控。本发明在立式珩磨加工机床上，能实现珩磨加工过程中珩磨条状态监控，以保证珩磨加工质量。

Description

内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工技术领域的方法，具体地说，是一种内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法。

背景技术

高精度珩磨是提高工件几何形状精度和降低表面粗糙度的一种有效精密加工方法，其加工几何精度可达到：圆柱度0.5μm，圆柱度1μm，表面粗糙度Ra0.04；在使用性能上，由于珩磨加工面具有交叉网纹，使润滑油的易贮存及油膜的易保持，导致它们不易磨损，从而延长使用寿命。内孔立式珩磨加工过程是一种封闭式加工方法，珩磨条状态对珩磨加工有重要影响，珩磨条的正常磨损和非正常磨损或破损在珩磨加工中是不可避免，其中珩磨条的正常磨损会在一定程度上影响工件的珩磨质量加工尺寸精度、几何形状精度和表面光洁度；而珩磨条的非正常磨损和破损不仅严重降低工件加工尺寸精度、几何形状精度和表面光洁度，而且还影响到珩磨加工机床的安全和正常运行。因此，保证良好的珩磨条状态已成为内孔立式珩磨加工过程必须的条件，它也是保证零件的加工形状精度、尺寸精度和表面光洁度的一项关键技术。

经对现有技术文献的检索发现，王泽民等人在《机械加工与自动化》2004年第1期上撰文“珩磨工艺设计与智能诊控专家系统研究与开发”，该研究方法是运用专家系统对珩磨进行了系统的工艺设计，并对工艺过程进行了系统诊断。该文研究分析表明：通过专家系统丰富的知识积累科学的推理和准确的判断，引导人们采用先进科学的珩磨工艺，排除人工操作的不利影响因素，获得理想的珩磨网纹结构。但该文在建立专家系统时对珩磨条只考虑了珩磨条的材质、粒度、硬度、长度、宽度和结构等。没有考虑珩磨条状态(正常磨损和非正常磨损或破损)，而珩磨条状态对珩磨加工形状精度、加工尺寸精度、表面光洁度和使用性能有重要影响，因此方法很难进行珩磨加工过程中的珩磨加工质量动态控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提出一种内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，使其在立式珩磨加工机床上，能实现珩磨加工过程中珩磨条状态监控，以保证珩磨加工质量。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明具体步骤如下：

(1)功率变换器从珩磨主轴电机的变频器采集珩磨主轴电机的电流和电压信号，通过运算把采集的电流和电压信号转换成与主轴电机瞬时功率成正比的电压信号；

(2)功率显示表从功率变换器接收到与主轴电机瞬时功率成正比的电压信号，根据该电压信号大小转换成相应的功率大小并显示，选择有信号输出端口的功率显示表，以获得动态的加工过程的功率信号；

(3)计算机接到数据开始采集信号后，数据采集卡开始从功率显示表输出端口采集珩磨主轴电机瞬时功率，为实现无间断的信号采集，采用双缓冲技术；

(4)采用LabVIEW(虚拟仪器)技术实现珩磨加工过程中在线珩磨主轴电机功率信号实时图形显示，使操作人员能直观监控珩磨加工过程中珩磨主轴电机功率变化情况；

(5)基于PLC(可编程控制器)技术编制监控子程序，给珩磨主轴电机瞬时功率设定珩磨条非正常磨损阈值，通过触摸屏的阈值设定界面把阈值输给珩磨条状态监控子程序；当珩磨主轴电机功率值大于设定的阈值时，经PLC监控子程序处理，向触摸屏发出报警信号，提示操作人员更换珩磨条，实现对内孔珩磨加工过程珩磨条状态的实时监控。

所述的步骤(3)中，首先将数据采集卡驱动程序加载到PC机内存，并对数据采集卡进行初始化处理，以便采集卡作好I/O准备；然后，在LabVIEW采集软件上对输入端口设置采样频率、采样时间和采样模式，采样范围；之后从功率显示表输出端口采集功率输出模拟量信号，经A/D转换为数字信号。

所述的双缓冲技术是指在一片缓存还在采集的时候，另一片将已经采集好的缓存数据转移，两者必须同时进行，这样反复就可实现无间断的信号采集。

所述的LabVIEW技术是指信号采集采用Analog Input(模拟输入)子模板，在其输入输出端口进行参数设定；信号处理采用Filter(滤波器)子模板，选用Butterworth Filter(巴特沃斯滤波器)，并对它的阶次，低截止频率，高截止频率，滤波类型进行设置，以便把一些噪声信号抑制衰减掉；信号图形化显示采用Graph(图形)子模板，选用Waveform Chart(波形图表显示)控件，可显示功率输出数字量信号的动态变化规律，便于操作人员实时对功率输出信号动态观测。

所述的步骤(5)中，阈值根据珩磨条的种类和加工的零材料由触摸屏方便地重新设定。

所述的步骤(5)中，从功率显示表输出端口输出的珩磨主轴电机功率模拟量信号到PLC控制器模拟输入端口，经PLC监控子程序处理，用PLC编程的比较指令把输入模拟量信号与所设定的功率信号阀值相比较。

所述的步骤(5)中，当出现输入模拟量超过阀值，PLC监控子程序中的珩磨条非正常状态标志位置为1，自动加工程序执行条件中珩磨条非正常状态标志位常闭触点断开，自动加工过程停止，同时PLC控制器通过RS232标准接口与触摸屏通信，触摸屏上珩磨条非正常状态位地址置为1，报警Global D-Script(全局脚本)程序条件被触发，弹出界面所使用的U-tag(U标志控件)弹出地址位变为1，触摸屏上弹示出珩磨条发生非正常磨损或破损报警信号发出报警。

在珩磨加工过程中，珩磨条状态的变化将使珩磨主轴扭矩发生变化，因而珩磨主轴驱动电机的输出功率也将发生变化。研究表明；在相同的加工条件下，当珩磨条磨损处于正常磨损阶段时，随着珩磨条磨损的增大，主轴驱动电机的输入功率也将随之逐渐增加；当珩磨条磨损进入非正常磨损阶段或破损，主轴驱动电机的输入功率将明显地骤然增大。根据这些特征，可以通过监测珩磨主轴电机的输出功率来推断珩磨条的状态。

内孔立式珩磨加工过程是一种封闭型加工方法，在珩磨加工中，随着珩磨条磨损的增大，主轴驱动电机的输入功率也将随之逐渐增加；特别是当珩磨条磨损进入非正常磨损阶段或破损，主轴驱动电机的输入功率将明显地骤然增大。根据这一特征，基于珩磨主轴电机功率、LabVIEW技术和PLC控制技术相结合，实现了内孔零件珩磨加工过程中珩磨条的状态监控，对保证内孔珩磨加工高的加工形状精度、高的表面光洁度和使用性能具有重要意义。

具体实施方式

本实施例是在自主研发的MB2-50型立式珩磨机上进行的。零件是汽车发动机用的喷油嘴工件直径Φ12mm，设定主轴转速：1200(rpm)，油缸往复速度：140(mm/s)，往复冲程长度：50(mm)，在一次精珩磨加工循环过程中，珩磨机最多提供三段珩磨进给，同时附加有非进给的短冲程和光整加工阶段。具体参数设定如下：

1)第一次进给：总进给量：4(μm)，每往复冲程进给量1(μm)，往复4次。

2)第二次进给：总进给量：1.6(μm)，每往复冲程进给量0.4(μm)，往复4次。

3)第三次进给：总进给量：0.4(μm)，每往复冲程进给量0.1(μm)，往复4次。

4)光整：往复4次

数据采集采用NI6024E采集卡，在LabVIEW软件采用Analog Input子模板上设置输入端口采样频率为：3000Hz、采样时间：60s和采样范围为：±5V，信号采集通道为：0。信号处理采用滤波子模板，选用Butterworth滤波器，设置它的阶次为：2，低截止频率：10Hz，滤波类型为：低通滤波器，以便把一些噪声信号抑制衰减掉；

加工循环的工作过程中，自动加工循环开始后，首先进行快速扩张运动，然后是顺次进行的进给1、2、3，中间可以附加非进给的短冲程运动，可通过触摸屏进行设定，第三次进给完成后，进行光整加工，光整加工4个循环后，最后快速退回。由试验结果可知：功率信号较为明显地分为四个阶段，并且每一段都比较平稳，这是因为珩磨条处于正常工作阶段，珩磨条状态属于正常磨损，功率信号这四个阶段分别对应于珩磨过程中三次不同进给量的珩磨过程和光整珩磨加工过程，并且功率信号值依次减小，这是由于第一次进给、第二次进给和第三次进给量逐渐增大所至。

随着加工零件件数的增多珩磨条磨损也逐渐增加，对应每一段珩磨主轴功率信号值也相应增大，这是由于珩磨条磨损所导至，当珩磨条进入非正常磨损时，对应每一段珩磨主轴功率信号值将明显地骤然增大，通过触摸屏的阈值设定界面给珩磨条状态监控子程序对应每一段设置阈值为珩磨条正常状态下的功率信号值2.5倍，当功率信号值大于所设定的阈值，PLC控制器接收到珩磨条磨损或破损信号，经PLC监控子程序处理，向触摸屏发出报警信号，表明珩磨条处于非正常磨损或破损，触摸屏提示操作人员更换珩磨条，实现对珩磨加工过程珩磨条状态的实时监控。

Claims (9)

1.一种内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)功率变换器从珩磨主轴电机的变频器采集珩磨主轴电机的电流和电压信号，通过运算把采集的电流和电压信号转换成与主轴电机瞬时功率成正比的电压信号；

(2)功率显示表从功率变换器接收到与主轴电机瞬时功率成正比的电压信号，根据该电压信号大小转换成相应的功率大小并显示，选择有信号输出端口的功率显示表，以获得动态的加工过程的功率信号；

(3)计算机接到数据开始采集信号后，数据采集卡开始从功率显示表输出端口采集珩磨主轴电机瞬时功率，为实现无间断的信号采集，采用双缓冲技术；

(4)采用LabVIEW技术实现珩磨加工过程中在线珩磨主轴电机功率信号实时图形显示，使操作人员能直观监控珩磨加工过程中珩磨主轴电机功率变化情况；

(5)基于PLC技术编制监控子程序，给珩磨主轴电机瞬时功率设定珩磨条非正常磨损阈值，通过触摸屏的阈值设定界面把阈值输给珩磨条状态监控子程序；当珩磨主轴电机功率值大于设定的阈值时，经PLC监控子程序处理，向触摸屏发出报警信号，提示操作人员更换珩磨条，实现对内孔珩磨加工过程珩磨条状态的实时监控。

2.根据权利要求1所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的步骤(3)中，首先将数据采集卡驱动程序加载到PC机内存，并对数据采集卡进行初始化处理，以便采集卡作好I/O准备；然后，在LabVIEW采集软件上对输入端口设置采样频率、采样时间和采样模式，采样范围；之后从功率显示表输出端口采集功率输出模拟量信号，经A/D转换为数字信号。

3.根据权利要求1所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的双缓冲技术是指在一片缓存还在采集的时侯，另一片将已经采集好的缓存数据转移，两者必须同时进行，这样反复就可实现无间断的信号采集。

4.根据权利要求1所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的LabVIEW技术是指信号采集采用Analog Input子模板，在其输入输出端口进行参数设定。

5.根据权利要求4所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的LabVIEW技术是指信号处理采用Filter子模板，选用Butterworth Filter，并对它的阶次，低截止频率，高截止频率，滤波类型进行设置，以便把一些噪声信号抑制衰减掉。

6.根据权利要求4所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的LabVIEW技术是指信号图形化显示采用Graph子模板，选用Waveform Chart控件，可显示功率输出数字量信号的动态变化规律，便于操作人员实时对功率输出信号动态观测。

7.根据权利要求1所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的步骤(5)中，阈值根据珩磨条的种类和加工的零材料由触摸屏方便地重新设定。

8.根据权利要求1所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的步骤(5)中，从功率显示表输出端口输出的珩磨主轴电机功率模拟量信号到PLC控制器模拟输入端口，经PLC监控子程序处理，用PLC编程的比较指令把输入模拟量信号与所设定的功率信号阀值相比较。

9.根据权利要求8所述的内孔立式珩磨加工过程中珩磨条状态监控的方法，其特征是，所述的步骤(5)中，当出现输入模拟量超过阀值，PLC监控子程序中的珩磨条非正常状态标志位置为1，自动加工程序执行条件中珩磨条非正常状态标志位常闭触点断开，自动加工过程停止，同时PLC控制器通过RS232标准接口与触摸屏通信，触摸屏上珩磨条非正常状态位地址置为1，报警GlobalD-Script程序条件被触发，弹出界面所使用的U-tag弹出地址位变为1，触摸屏上弹示出珩磨条发生非正常磨损或破损报警信号发出报警。