CN102501173A - 平面磨削的磨削区温度测量方法 - Google Patents

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迟玉伦
李郝林
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Abstract

本发明涉及一种平面磨削的磨削区温度测量方法，包括：1、制作热电偶测温传感器，2、标定热电偶测温传感器，3、测量磨削区温度：在磨削加工过程中，首先将导线I和导线II接入带有冷端补偿功能的采集卡和计算机，然后设置砂轮转速为Vs和工作台速度为Vw进行磨削实验加工，磨削工件一经磨削，磨削工件与热电偶材料康铜片在顶部互相搭接或焊在一起形成热电偶节点，最后通过带有冷端补偿功能的屏蔽式采集卡及屏蔽电缆在计算机显示和记录测试的磨削区温度值。通过本发明可较为准确地测量平面磨床磨削工件时的磨削区温度，通过优化平面磨削加工工艺参数可有效避免工件产生磨削烧伤及较大残余应力等现象，本发明对提高工件磨削表面质量和磨削效率有重要意义。

Description

平面磨削的磨削区温度测量方法
技术领域
本发明涉及一种磨削温度测量方法，尤其是一种用于平面磨削时，磨削区温度测量方法。
背景技术
在精密磨削过程中，磨削区温度对被加工零件的表面质量和砂轮磨粒的切削性能有很大影响。当磨削区温度较高时，会使零件表层金相组织发生变化，出现磨削烧伤。磨削区更高的瞬时温度，在磨削和冷却过程中，形成热应力，使被磨零件表层产生较大的残余应力，甚至使表面产生裂纹。为避免上述现象发生，目前平面磨削过程大多依靠操作工人的经验来选取加工工艺参数进行磨削加工，难以达到最佳效果。因此，如何有效测量平面磨削时的磨削区温度，对优化磨削工艺参数及对提高工件磨削质量和磨削效率有重要意义。
本发明专利在基于热电偶的原理上，发明一种有效的平面磨削区温度测量装置。通过对新型磨削区温度测量装置进行标定、实验采集数据的滤波处理及实验测量结果比较分析，该实验结果验证了此方法可有效应用于优化平面磨削区温度测量。依据此实验测量温度结果可对平面磨削加工工艺参数进行优化，避免了工件产生磨削烧伤及较大残余应力等现象，提高了磨削加工效率和磨削工件表面质量。
发明内容
本发明是要提供一种平面磨削的磨削区温度测量方法，用于优化平面磨削工艺参数有效避免工件产生磨削烧伤及较大残余应力等现象，提高磨削加工效率和磨削工件表面质量。
为实现上述目的，本发明的技术方案是；一种平面磨削的磨削区温度测量方法，具体步骤是：
1）          制作热电偶测温传感器
用导线                                               
Figure 2011103697752100002DEST_PATH_IMAGE002
和导线
Figure 2011103697752100002DEST_PATH_IMAGE004
将不同材料的导体磨削工件和热电偶材料康铜片两端连接，并将磨削工件和康铜片之间用云母片绝缘组正，形成测量用热电偶测温传感器；
2）          标定热电偶测温传感器
制作的待标定热电偶测温传感器和磨削工件放置在油箱的支架上，通过采用油温闭环反馈控制传感器的加热控制面板控制加热器对煤油进行加热，标定中采用一个标准热电偶测量油温的实际温度，同时采用水银传感器的测量温度作为参考；在标定过程中，温度变化控制范围为0℃-150℃，每次要在油温稳定后读取待标定热电偶测温传感器和标准热电偶的温度值；通过标定后，使标定的热电偶测温传感器与标准热电偶的测温最大偏差≤0.5℃；
3）测量磨削区温度
在磨削加工过程中，首先将导线
Figure 285888DEST_PATH_IMAGE002
和导线
Figure 337020DEST_PATH_IMAGE004
接入带有冷端补偿功能的采集卡和计算机，然后设置砂轮转速为Vs和工作台速度为Vw进行磨削实验加工，磨削工件一经磨削，磨削工件与热电偶材料康铜片在顶部互相搭接或焊在一起形成热电偶节点，最后通过带有冷端补偿功能的屏蔽式采集卡及屏蔽电缆在计算机显示和记录测试的磨削区温度值。
在测量磨削区温度时，采用切比雪夫II型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理，去除冷却液及电磁环境等高频干扰信号对实验测量结果的影响：
设定数据采集卡的采样频率为
Figure 2011103697752100002DEST_PATH_IMAGE006
=250kHz，启动机床，设定砂轮转速为Vs、工作台速度为Vw，而使砂轮与磨削工件无接触时，通过数据采集卡和计算机所采集的信号视为干扰信号，通过其频率成份分析，确定低通滤波器的截止频率。
本发明的有益效果是；
本发明采用热电偶原理，由两种不同成分的导体两端接合成成回路，当两接合点热点偶温度不同时，就会在回路内产生电动势，通过相应仪表就可以显示出热电偶产生的电动势所对应的温度值。
通过该发明专利，可较为准确地测量平面磨床磨削工件时的磨削区温度，通过优化平面磨削加工工艺参数可有效避免工件产生磨削烧伤及较大残余应力等现象，该发明专利对提高工件磨削表面质量和磨削效率有重要意义。
附图说明
图1是测量传感器结构原理图；
图2是实验用热电偶传感器标定原理图；
图3是平面磨削区温度测试示意图；
图4是测试工件磨削区温度—时间曲线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明所用的热电偶测温传感器18由导线
Figure 2011103697752100002DEST_PATH_IMAGE008
4和导线
Figure 2011103697752100002DEST_PATH_IMAGE010
5将不同材料的导体磨削工件1和热电偶材料康铜片2两端连接，并将磨削工件1和康铜片2之间用云母片3绝缘组成。
在磨削工件1的侧面有沟槽11；康铜片2和云母片3安在磨削工件沟槽11中，导线4和导线
Figure 112658DEST_PATH_IMAGE004
5分别连接导体材料磨削工件1和热电偶材料康铜片2，磨削工件1和康铜片2之间使用云母片3绝缘；通过专用胶水将分开的两部分磨削工件1粘结在一起。磨削工件尺寸大小：长度L=60mm、高度H=50mm和宽度B=60mm，康铜片尺寸大小：厚度为20um、高度为50mm和宽度为0.38mm，云母片尺寸大小：厚度为5um、高度为50mm和宽度为0.5mm。
如图2所示，在实验之前，要对上述热电偶测温传感器18进行标定。将上述图1中制作的待标定热电偶测温传感器18和磨削工件1放置在油箱12的支架上，通过采用油温闭环反馈控制传感器15的加热控制面板14控制加热器17对煤油13进行加热，标定中采用一个标准热电偶19测量油温的实际温度，同时采用水银传感器16的测量温度作为参考。在标定过程中，温度变化控制范围为0℃-150℃，每次要在油温稳定后读取热电偶测温传感器18和标准热电偶19的温度值；通过此方法标定后，使该实验用标定的热电偶测温传感器18与标准热电偶19的测温最大偏差不超过0.5℃。
如图3所示，在磨削加工之前，先将测量传感器安放在机床工作台6上并夹紧，然后将导线
Figure 361105DEST_PATH_IMAGE002
4和导线
Figure 645456DEST_PATH_IMAGE004
5接入带有冷端补偿(CJC)功能的采集卡7，再通过屏蔽电缆8与计算机（9）连接，经调试后保证整个测量装置正常工作。
数据滤波处理：如图4所示，由于实验测量曲线从温度开始响应到最大值Tmax的测量时间一般小于0.02(s)，为准确获取准确的最大温度值为Tmax，该测量装置需设置较高采样频率进行数据采集。为了去除冷却液及电磁环境等高频干扰信号对实验测量结果的影响，本发明专利使用切比雪夫II型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理。
设定数据采集卡7的采样频率为
Figure 57983DEST_PATH_IMAGE006
=250kHz，启动机床，设定砂轮10转速为Vs、工作台6速度为Vw，而使砂轮10与磨削工件1无接触时，通过上述测量装置的数据采集卡7和计算机9所采集的信号视为干扰信号，通过其频率成份分析，确定低通滤波器的截止频率。
机床磨削加工实验，设定砂轮10转速为Vs、工作台6速度为Vw以及每次磨削深度为ap进行切削加工实验，通过带有带有冷端补偿(CJC)功能的屏蔽式采集卡7及屏蔽电缆8可在计算机9显示和记录测试的磨削区温度值。如图4所示，实验可测量出磨削区的温度最大值Tmax及测点温度随时间变化曲线S，M为该磨削工件材料的磨削烧伤临界温度值，通过优化上述磨削加工实验的工艺参数，可使其材料磨除率最大的同时使Tmax<M避免发生烧伤现象。

Claims (2)

1.一种平面磨削的磨削区温度测量方法，其特征在于，具体步骤是：
1）制作热电偶测温传感器（18）
用导线                                               （4）和导线（5）将不同材料的导体磨削工件（1）和热电偶材料康铜片（2）两端连接，并将磨削工件（1）和康铜片（2）之间用云母片（3）绝缘组正，形成测量用热电偶测温传感器（18）；
标定热电偶测温传感器（18）
制作的待标定热电偶测温传感器（18）和磨削工件（1）放置在油箱（12）的支架上，通过采用油温闭环反馈控制传感器（15）的加热控制面板（14）控制加热器（17）对煤油（13）进行加热，标定中采用一个标准热电偶（19）测量油温的实际温度，同时采用水银传感器（16）的测量温度作为参考；在标定过程中，温度变化控制范围为0℃-150℃，每次要在油温稳定后读取待标定热电偶测温传感器（18）和标准热电偶（19）的温度值；通过标定后，使标定的热电偶测温传感器（18）与标准热电偶的测温最大偏差≤0.5℃；
3）测量磨削区温度
在磨削加工过程中，首先将导线
Figure 488770DEST_PATH_IMAGE002
（4）和导线
Figure 909387DEST_PATH_IMAGE004
（5）接入带有冷端补偿功能的采集卡（7）和计算机（9），然后设置砂轮（10）转速为Vs和工作台（6）速度为Vw进行磨削实验加工，磨削工件（1）一经磨削，磨削工件（1）与热电偶材料康铜片（2）在顶部互相搭接或焊在一起形成热电偶节点，最后通过带有冷端补偿功能的屏蔽式采集卡（7）及屏蔽电缆（8）在计算机（9）显示和记录测试的磨削区温度值。
2.根据权利要求1所述的平面磨削的磨削区温度测量方法，其特征在于：在测量磨削区温度时，采用切比雪夫II型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理，去除冷却液及电磁环境等高频干扰信号对实验测量结果的影响：
设定数据采集卡（7）的采样频率为
Figure 2011103697752100001DEST_PATH_IMAGE006
=250kHz，启动机床，设定砂轮（10）转速为Vs、工作台（6）速度为Vw，而使砂轮（10）与磨削工件（1）无接触时，通过数据采集卡（7）和计算机（9）所采集的信号视为干扰信号，通过其频率成份分析，确定低通滤波器的截止频率。
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