高速深切磨削陶瓷表面粗糙度的在线监测.pdf

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1、精密制造与自动化2011年第4期◇。◇。◇。◇。◇。◇。◇。◇。i试验与研究3o高速深切磨削陶瓷表面粗糙度的在线监测李波郭力(1．湖南大学电气与信息工程学院长沙410082；2．湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心长沙410082)摘要讨论了高速深切平面磨削工程陶瓷工件表面粗糙度的在线监测方法。从放在工件夹具上的声发射(AE)传感器测得的磨削加工中的AE信号中，提取有关磨削表面粗糙度的信息，用神经网络的方法对高速深切平面磨削工程陶瓷部分稳定氧化锆的工件表面粗糙度进行了在线连续监测。结果表明，在线监测方法基本可行，经过进一步改进后，可以用于高速深切平面磨削工程陶

2、瓷工件表面粗糙度的在线监测，为实现磨削加工智能化、自动化控制打下了基础。关键词表面粗糙度神经网络声发射高速深磨工程陶瓷工程陶瓷因具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高的有效值(rootmeansquare，RMS)和其快速傅里强度和轻质量等显著特点，最近二十多年来在航空叶变换(FFT)峰值与工件表面粗糙度有很好的对航天、电子、机械等领域得到广泛应用。磨削是工应关系。从而提出了一种在线监测外圆磨削工件表程陶瓷最常用的精密加工技术。资料表明⋯：磨削面粗糙度的方法，利用BP神经网络实现了外圆磨削加工的费用占到了工程陶瓷制品总费用的80％以工件表面粗糙度的在线智能检测和预报。

3、上。目前以砂轮超高速、大切深为标志的高速深磨本文采用BP神经网络的方法，用磨削加工中的技术正在陶瓷加工领域迅猛发展，这可以获得很大AE特征参量做输入，工件表面粗糙度做输出，对高的材料磨除率。从而大幅度提高了磨削效率，降低速深切平面磨削工程陶瓷工件表面粗糙度做了在了加工成本。线监测。目前，磨削加工中的表面粗糙度仍然采用离线测量方法，由于不能及时发现加工过程中表面粗糙1试验研究度恶化，经常导致废品出现，这已成为阻碍磨削加一般而言，磨削由滑擦、耕犁和切削三部分组工高度自动化、智能化的瓶颈L2J。因此，当前有关成，其中摩擦起着极为重要的作用。而在工程陶瓷的研究大都定位

4、在连续性在线检测技术的开发高速磨削中，摩擦的作用更为重要j。文献[3]运用上，以便能够及时检测出初期的表面粗糙度恶化声发射监测磨削原理中的滑擦、耕犁和切削三部情况，在发生致命破坏之前采取补救措施。分，识别的精度是很高的；而且这三部分中，摩擦影响工件表面粗糙度的因素有很多，包括砂轮所占的份额是最大的。同时应用摩擦声发射监测摩速度、工作台速度、切深、砂轮直径、磨削液种类擦表面粗糙度，其可靠性在96％以上。以及砂轮表面状况等。这些因素很难归纳到一个数从上可见，直接从磨削声发射信号中监测磨削学模型中去，用传统的数学模型根本无法实现工件表面粗糙度是可行的，其可靠性应该是

5、相当高的。表面粗糙度的在线监测，只有利用不依赖数学模型这点也为后面的研究所证实。的智能方法才能将这些因素综合考虑在监测模型1．1超高速磨削试验”中。文献[2]在理论分析和试验研究的基础上，发试验在一台数控超高速平面磨削机床上进现在声发射传感器探头与磨削表面摩擦产生的声行。机床应用电主轴技术和超高速磨削工艺，具发射信号(acousticemission，AE)中，其AE信号有国际先进水平。电主轴功率为40kw，砂轮最高10郭力高速深切磨削陶瓷表面粗糙度的在线监测速度达400rn／s。评定长度为取样长度的6倍，对尺测量5次取其平由于工程陶瓷材料属硬脆难加工材料，故

6、试验均值。中采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削，砂轮参数工程陶瓷部分稳定氧化锆(PSZ)材料的力学性是：外径为348ml／1，宽度为6rain，粒度为能参数是：晶粒尺寸为1gm；密度为4g／cm；抗120／140，浓度为100％。该砂轮的修整，分为整弯强度为280MPm微观硬度为18．7GPa；断裂韧形和修锐两个工序，采用80号碳化硅制动式修整性为7．99MPa·m”；弹性模量为420GPa。试件的器对砂轮进行修整。当修整至砂轮外圆跳动约为尺寸大小为45mmx20ram~10mm。磨削在工件8gm，再用200号氧化铝砂条对砂轮修锐。45mm~101TIII1的平

7、面内沿纵向(45mm)进行。试试验采用德国HOMMELWERKE有限公司验中，磨削方式采用顺磨，磨削液为含亚硝酸钠T8000的粗糙度仪，在垂直于磨削方向上测量被加的水基冷却液，供液压力为8MPa。试验方案见工工件表面粗糙度飓。试验中取样长度为0．8mm，表1。表1PSZ试验方案砂轮线速度／工作台速度／磨削深度／序号(m／s)(m／min)mm1l2O14016O622140l246810l31404O．811．521．2磨削声发射试验监测和有效值(均方根RMS)转换，经过Kistler5125BAE磨削过程产生的大量声发射信号，传播到放在压电连接器得到两路信号

8、：滤波后声发射信号和经磨床工作台上的K