圓弧形砂輪精密修整及其聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

陳 冰 王 各 劉建明 鄧朝暉 趙清亮

1.湖南科技大學(xué)智能制造研究院，湘潭，4112012.湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭，4112013.廣西師范大學(xué)電子工程學(xué)院，桂林，5410044.湖南時(shí)變通訊科技有限公司，湘潭，4111005.哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱，150001

圓弧形砂輪精密修整及其聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

陳 冰1,2王 各3劉建明4鄧朝暉1,2趙清亮5

1.湖南科技大學(xué)智能制造研究院，湘潭，4112012.湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭，4112013.廣西師范大學(xué)電子工程學(xué)院，桂林，5410044.湖南時(shí)變通訊科技有限公司，湘潭，4111005.哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱，150001

針對(duì)球面、非球面及自由曲面超精密磨削加工用圓弧形金剛石砂輪難以精密修整的問題，提出基于旋轉(zhuǎn)綠碳化硅(GC)磨棒的端部在位精密修整方法及修整過程的聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)技術(shù)?；趫A弧形金剛石砂輪的結(jié)構(gòu)特性，制訂圓弧形金剛石砂輪的在位精密修整與修整過程的聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方案。依據(jù)修整與在線監(jiān)測(cè)方案，對(duì)D64圓弧形金剛石砂輪進(jìn)行修整實(shí)驗(yàn)及其聲發(fā)射信號(hào)采集，修整后跳動(dòng)誤差小于10 μm，比修整前減小30 μm左右，砂輪精度顯著提高。利用聲發(fā)射信號(hào)均方根值獲取砂輪修整結(jié)束的特征預(yù)警閾值，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部在位精密修整過程的在線監(jiān)測(cè)以及修整結(jié)束時(shí)間的準(zhǔn)確判斷，可以有效提高球面非球面磨削加工過程的效率。

圓弧砂輪；精密修整；綠碳化硅(GC)磨棒；聲發(fā)射；在線監(jiān)測(cè)

0 引言

近年來，球面、非球面及自由曲面光學(xué)元件在軍用和民用產(chǎn)品上應(yīng)用廣泛[1]，這些光學(xué)零件多為陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金等硬脆材料，其加工難度大、加工精度難以保證，而基于金剛石砂輪的超精密磨削技術(shù)是其制備的有效手段[2]。

目前有效的圓弧形金剛石砂輪修整方法有杯形輪修整法[3-4]、電火花修整法[5-6]、在線電解修整法[7]、綠碳化硅(green silicon carbon,GC)磨石數(shù)控對(duì)磨法[8-9]等。然而，杯形輪修整法需要附加一套往復(fù)圓弧旋轉(zhuǎn)的控制裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法應(yīng)用于空間狹小的超精密機(jī)床環(huán)境；電火花修整法和在線電解修整法只適用于具有導(dǎo)電性能的砂輪，且需要附加高頻脈沖電源[10]；GC磨石數(shù)控對(duì)磨法操作簡(jiǎn)單，特別適用于平面磨床，但對(duì)于回轉(zhuǎn)工件而言，修整后無法消除砂輪與工件主軸中心垂直方向的相對(duì)位置偏差。

砂輪修整是磨削加工技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一，其修整速度、修整質(zhì)量和修整結(jié)束時(shí)間的準(zhǔn)確判斷直接影響磨削加工的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量[11-12]。如何實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)修整質(zhì)量是否達(dá)到磨削要求及判斷修整結(jié)束時(shí)間仍有待進(jìn)一步研究。對(duì)于旋轉(zhuǎn)GC磨棒在位修整法以及球面非球面垂直磨削法，傳統(tǒng)的固定式聲發(fā)射(acoustic emission,AE)傳感器由于其信號(hào)有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木窒扌訹13-14]，無法應(yīng)用于工件和工具主軸均旋轉(zhuǎn)的修整和磨削加工過程中。

針對(duì)以上問題，本文以球面、非球面及自由曲面磨削用圓弧形金剛石砂輪為研究對(duì)象，提出旋轉(zhuǎn)GC磨棒在位精密修整法及修整過程的聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。利用磨床的數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)安裝在工件主軸上旋轉(zhuǎn)的GC磨棒端部與金剛石砂輪對(duì)磨成形圓弧輪廓。此方法修整精度高，無需復(fù)雜的附件設(shè)備，適用于空間狹小的超精密機(jī)床環(huán)境；修整后砂輪與工件主軸中心垂直方向的相對(duì)位置偏差自動(dòng)被修正，減少了磨削過程中位置校正的工作，提高了磨削效率。本文采用旋轉(zhuǎn)AE傳感器對(duì)砂輪修整及磨削加工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，解決了固定式聲發(fā)射傳感器無法應(yīng)用于兩軸均旋轉(zhuǎn)的修整和磨削加工過程的問題；修整過程的聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可準(zhǔn)確判斷修整結(jié)束時(shí)間，避免不必要的砂輪材料去除和修整時(shí)間，降低了加工成本，提高了修整效率。本文首先闡述GC磨棒與金剛石砂輪在位數(shù)控對(duì)磨的修整原理，其次通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)圓弧金剛石砂輪修整精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后搭建修整與磨削過程AE信號(hào)采集系統(tǒng)，對(duì)采集到的原始AE信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提取修整過程的特征信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磨棒在位修整法修整結(jié)束的特征閾值判別，為球面、非球面、自由曲面的超精密加工過程監(jiān)測(cè)提供技術(shù)依據(jù)。

1 修整原理和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

1.1旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部精密修整原理

如圖1所示，在軸對(duì)稱球面、非球面垂直磨削法的加工過程中，圓弧形砂輪沿著磨削軌跡由內(nèi)到外或者由外到內(nèi)磨削加工旋轉(zhuǎn)著的工件，由砂輪截面圓弧頂點(diǎn)區(qū)域的磨粒去除基體材料，進(jìn)而形成球面、非球面[15]。因此，砂輪參與磨削加工的區(qū)域僅為圓弧形砂輪截面圓弧的頂點(diǎn)區(qū)域，修整時(shí)完成砂輪上此區(qū)域的精密修整即可實(shí)現(xiàn)球面、非球面的超精密磨削。

圖1 垂直磨削法Fig.1 Cross grinding

(a)修整模式

(b)修整原理圖2 旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部精密修整示意圖Fig.2 Mutual-wear truing mode of diamond wheel by end face of rotary GC rod

其中，RGC為GC磨棒端部被修整的球面半徑。

此外，由于修整后的GC磨棒端部球面與砂輪截面圓弧頂點(diǎn)區(qū)域貼合，故GC磨棒的回轉(zhuǎn)中心與砂輪截面圓弧頂點(diǎn)中心在一個(gè)平面內(nèi)，即砂輪的Y向?qū)Φ墩`差在修整后被自動(dòng)修正。

圖3所示為旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部修整金剛石砂輪的去除機(jī)制。修整過程中，首先GC磨棒端部的GC顆粒摩擦并去除包裹在金剛石顆粒上的結(jié)合劑，使金剛石裸露出來，且結(jié)合劑逐漸失去對(duì)金剛石顆粒的把持力而導(dǎo)致圖3a所示的顆粒①、②、③脫落，而深層的金剛石顆粒(如圖3b所示的④、⑤、⑥、⑦)逐漸裸露出結(jié)合劑。與此同時(shí)，GC磨棒也出現(xiàn)與金剛石砂輪相似的去除機(jī)制，GC磨粒?脫落，GC磨粒?、?逐漸裸露出來；而與金剛石砂輪去除機(jī)制不同的是，由于金剛石顆粒的硬度大于GC顆粒的硬度，當(dāng)金剛石顆粒摩擦劃過GC磨粒時(shí)，GC磨粒出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象。

(a)修整初始狀態(tài) (b)修整過程狀態(tài)圖3 旋轉(zhuǎn)GC磨棒修整砂輪去除機(jī)制Fig.3 Rotary GC rod truing mechanism

1.2修整系統(tǒng)的搭建與實(shí)驗(yàn)

圖4所示為旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部修整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)GC磨棒旋轉(zhuǎn)的工件主軸、驅(qū)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)的工具主軸及對(duì)砂輪形貌進(jìn)行檢測(cè)的在位檢測(cè)系統(tǒng)。

圖4 旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部修整系統(tǒng)Fig.4 Mutual-wear truing experimental setup

待修整的圓弧形D64樹脂基金剛石砂輪濃度為100%，顆粒大，且具有高效的材料去除能力，然而，它同樣能高效地去除GC磨棒材料而磨損較小，甚至不能完成修整，因此，實(shí)驗(yàn)前采用不同粒度和硬度的GC磨棒對(duì)D64砂輪進(jìn)行修整能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，如表1所示。由表1可知，P級(jí)硬度、400號(hào)和180號(hào)的GC磨棒幾乎不能修整D64樹脂基金剛石砂輪，而硬度更高的T級(jí)硬度、180號(hào)的GC磨棒能成功修整D64砂輪，并獲得一定的修整率。修整實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)如表2所示。修整后采用激光測(cè)微儀對(duì)砂輪截面輪廓形貌和砂輪截面圓弧頂點(diǎn)區(qū)域的回轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行檢測(cè)，并采用超景深光學(xué)顯微鏡對(duì)修整后砂輪的外貌進(jìn)行檢測(cè)。

表1 不同性能GC磨棒修整能力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 修整條件和參數(shù)

采用KEYENCE LK-H020激光測(cè)微儀對(duì)修整前后的砂輪截面輪廓以及回轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行在位測(cè)量，測(cè)量裝置及方法如圖5所示。測(cè)量前，移動(dòng)Z軸使激光測(cè)微儀找到砂輪Z方向的最高點(diǎn)，確定測(cè)量時(shí)砂輪Z向的位置，如圖5b所示，以保證測(cè)得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測(cè)量砂輪截面輪廓時(shí)，激光測(cè)微儀以恒定速度20 mm/min向下移動(dòng)測(cè)量轉(zhuǎn)速為500 r/min砂輪，獲得的采樣點(diǎn)為砂輪圓弧表面上高度信息的特征點(diǎn)。測(cè)量砂輪回轉(zhuǎn)誤差時(shí)，以同樣方法獲得砂輪Y向最高點(diǎn)，然后用激光測(cè)微儀測(cè)量轉(zhuǎn)速為500 r/min的砂輪。

2 聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方案

圖6所示為AE信號(hào)采集系統(tǒng)的實(shí)物流程圖。

(a)在位測(cè)量裝置

(b)尋找Z方向最高點(diǎn)圖5 在位測(cè)量砂輪原理Fig.5 On-machine measurement of trued diamond wheel

AE轉(zhuǎn)子傳感器安裝在砂輪下端用于固定砂輪的螺釘上，AE轉(zhuǎn)子傳感器的信號(hào)發(fā)射端向下，與之相對(duì)的AE定子傳感器安裝在豎直位移微調(diào)裝置的平臺(tái)上，通過調(diào)整豎直位移微調(diào)裝置的位置及豎直方向的高度，使AE定子傳感器的信號(hào)接收端正對(duì)AE轉(zhuǎn)子傳感器的信號(hào)發(fā)射端，且兩者間距小于1 mm。AE系統(tǒng)的信號(hào)傳遞原理為：修整或磨削加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)的砂輪與旋轉(zhuǎn)的磨棒或工件相互接觸摩擦產(chǎn)生AE信號(hào)源，如圖6中①所示，AE信號(hào)源經(jīng)過砂輪磨料層傳遞到砂輪金屬基板上，到達(dá)圖6中②位置；在②處，AE信號(hào)由砂輪金屬基板與磨削主軸的接觸面?zhèn)鬟f到磨削主軸上，然后傳遞到磨削主軸下端固定砂輪的螺釘上，再通過螺釘傳遞到AE轉(zhuǎn)子傳感器，到達(dá)圖6中③位置；在③處，AE信號(hào)透過空氣由旋轉(zhuǎn)的AE轉(zhuǎn)子傳感器的信號(hào)發(fā)射端傳遞到固定的AE定子傳感器的信號(hào)接收端，實(shí)現(xiàn)AE信號(hào)的無線傳輸；此后，AE定子傳感器將AE信號(hào)傳遞到控制儀前置放大后，輸入到數(shù)據(jù)采集卡中，最后運(yùn)用LABview軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理分析。

圖6 信號(hào)采集系統(tǒng)方案Fig.6 Scheme of the AE signal acquisition system

3 修整結(jié)果

圖7所示為激光測(cè)微儀獲得的修整前后砂輪截面輪廓及頂點(diǎn)區(qū)域回轉(zhuǎn)誤差。修整前，砂輪偏心誤差較大，導(dǎo)致砂輪截面圓弧輪廓存在周期性的波紋，如圖7a所示。修整后，砂輪截面輪廓的頂端被修整成半徑為37.5 mm的連續(xù)光滑圓弧，如圖7c所示，沒有出現(xiàn)與修整前相似的周期性波紋現(xiàn)象。此外，修整后砂輪截面輪廓頂點(diǎn)區(qū)域的回轉(zhuǎn)誤差由41 μm減小至10 μm，修整效果顯著。這是由于隨著修整過程的進(jìn)行，GC磨棒端部與金剛石砂輪的接觸方式由初始的端平面與圓弧的點(diǎn)接觸方式變?yōu)榈劝霃綀A弧的凹面與凸面的面接觸方式，兩者之間的接觸弧面逐漸增大，使得兩者之間接觸力增大，進(jìn)而提高金剛石砂輪上磨粒的脫落速度，實(shí)現(xiàn)砂輪圓弧截面頂部區(qū)域的在位精密修整。

(a)修整前的砂輪截面圓弧形貌

(b)修整前的砂輪回轉(zhuǎn)誤差

(c)修整后的砂輪截面圓弧形貌

(d)修整后的砂輪回轉(zhuǎn)誤差圖7 修整效果Fig.7 Truing performance

圖8 超景深光學(xué)顯微鏡測(cè)量的砂輪形貌Fig.8 LSDLM photo of wheel surface

圖8所示為修整后超景深光學(xué)顯微鏡獲得的砂輪表面形貌?？梢娦拚竽チ５那邢魅型怀鲈诮Y(jié)合劑之外，且磨粒分布均勻，表明這種修整方法不僅能完成D64樹脂基金剛石砂輪圓弧截面輪廓的精密修形，還能實(shí)現(xiàn)砂輪的修銳。

4 修整過程的聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)研究

4.1聲發(fā)射信號(hào)預(yù)處理

砂輪修整過程在線監(jiān)測(cè)的目的是為提取修整過程與修整結(jié)束時(shí)的信號(hào)特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)修整過程的監(jiān)測(cè)以及修整結(jié)束時(shí)間的判斷。本文研究首先獲得旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部修整方法下的AE原始信號(hào)，然后對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析處理，最后獲得修整過程以及修整結(jié)束階段的信號(hào)特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)修整結(jié)束時(shí)間的判別。

為了獲取修整過程中的全部AE信號(hào)的信息，AE信號(hào)采集始于修整接觸前，止于砂輪與GC磨棒分離之后，因此，獲得的AE原始信號(hào)既包括修整過程的信號(hào)，也含有修整開始前和結(jié)束后的部分空程信息。由于修整過程產(chǎn)生的AE原始信號(hào)是本文關(guān)注的重點(diǎn)，因此對(duì)采集到的AE原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。首先消除原始信號(hào)中的空程信號(hào)，然后為了提高數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算速度，截取修整過程中某一段的信息，聲發(fā)射信號(hào)預(yù)處理過程，如圖9所示。由圖9a可知，完整的修整過程原始AE信號(hào)包括5部分：①修整前空程階段；②進(jìn)入修整階段；③穩(wěn)定修整階段；④退出修整階段；⑤修整后空程階段。此外，在穩(wěn)定修整階段，AE信號(hào)沒有增大或者減小的趨勢(shì)，因此，本文截取穩(wěn)定修整階段的部分原始AE信號(hào)為研究對(duì)象，研究修整過程的AE信號(hào)特征。截取方法：從一次完整的修整過程的AE原始信號(hào)中截取屬于穩(wěn)定修整階段范圍為100 ms的AE原始信號(hào)。

(a)修整過程(b)穩(wěn)定修整階段

(c)100 ms的AE信號(hào)圖9 AE原始信號(hào)預(yù)處理Fig.9 Preprocessing of AE original signal

4.2修整過程在線監(jiān)測(cè)分析

依照砂輪在位修整實(shí)驗(yàn)中的修整參數(shù)(砂輪轉(zhuǎn)速為5000 r/min，磨棒轉(zhuǎn)速為567 r/min，進(jìn)給速度為1 mm/min，修整深度為50 μm，修整次數(shù)為60)，每10個(gè)修整行程采集一次AE信號(hào)，并截取每次修整過程中穩(wěn)定修整階段且100 ms范圍內(nèi)的AE原始信號(hào)，如圖10所示，采樣頻率為1 MHz。

(a)第2次修整 (b)第12次修整

(c)第22次修整 (d)第32次修整

(e)第42次修整 (f)第52次修整圖10 修整過程的AE原始信號(hào)Fig.10 AE original signal during the truing process

由圖10可知，D64金剛石砂輪從修整初期階段至結(jié)束階段的AE原始信號(hào)均呈現(xiàn)周期性，周期為12 ms，即砂輪轉(zhuǎn)速為5000 r/min時(shí)每轉(zhuǎn)一圈所用時(shí)間。這是由砂輪截面圓弧頂點(diǎn)區(qū)域存在的回轉(zhuǎn)誤差引起的。此外，修整初期階段，如圖10a、圖10b所示，AE信號(hào)存在間斷的近似零值信號(hào)與正負(fù)值交替信號(hào)的現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谏拜喰拚某跗陔A段，砂輪的回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)致砂輪圓周表面上僅有一小段圓弧的磨粒參與修整，并產(chǎn)生AE信號(hào)，而砂輪上另一段圓弧不能與GC磨棒接觸，因此無法產(chǎn)生AE信號(hào)，從而最終出現(xiàn)間歇性的AE信號(hào)現(xiàn)象。隨著修整過程的進(jìn)行，在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)AE信號(hào)存在的比例逐漸增大，直至AE信號(hào)間歇性的現(xiàn)象消失，如圖10e、圖10f所示，并且在修整的結(jié)束階段，周期為12 ms的AE信號(hào)呈現(xiàn)相對(duì)均勻的趨勢(shì)，僅有小部分較低的聲發(fā)射信號(hào)，這表明砂輪的整個(gè)圓周已經(jīng)完全與GC磨棒相互摩擦，砂輪回轉(zhuǎn)誤差顯著減小。雖然在修整的結(jié)束階段AE信號(hào)間歇性的現(xiàn)象已經(jīng)消失，但是整個(gè)修整過程中仍然存在周期為12 ms的間歇性的現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谛拚慕Y(jié)束階段，雖然砂輪的整個(gè)圓周均參與GC磨棒的修整磨削，但是由于砂輪偏心誤差的存在，砂輪旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，在砂輪不同圓弧段參與修整的截面圓弧方向上接觸的弧長(zhǎng)不均勻，導(dǎo)致周期性AE信號(hào)仍出現(xiàn)在修整的結(jié)束階段。

由上述分析可知，每個(gè)修整過程的AE信號(hào)可以視為是幾乎具有相同特征的周期為12 ms的AE信號(hào)不斷重復(fù)，且修整未結(jié)束時(shí)，修整AE信號(hào)存在連續(xù)的近似零值信號(hào)，修整結(jié)束后不存在連續(xù)的近似零值信號(hào)。然而，AE原始信號(hào)是一個(gè)正負(fù)交替的振蕩波動(dòng)信號(hào)，在整個(gè)信號(hào)采集過程中都有可能采集到零值信號(hào)，但不可能采集到連續(xù)的近似零值信號(hào)，因此難以用原始信號(hào)的幅值來判斷砂輪修整是否結(jié)束，為此，對(duì)聲發(fā)射原始信號(hào)進(jìn)行均方根處理，使振蕩波動(dòng)的聲發(fā)射信號(hào)變換為正值信號(hào)，用Arms表示，AE原始信號(hào)變換為正值信號(hào)Arms，采用WEBSTER等[14]提出的公式

式中，Araw為原始聲發(fā)射信號(hào)；T為積分時(shí)間常數(shù)，ms；N為積分時(shí)間常數(shù)內(nèi)采集的原始聲發(fā)射信號(hào)測(cè)量點(diǎn)數(shù)；Δλ為采集一個(gè)點(diǎn)所用的時(shí)間，ms。

依據(jù)WEBSTER等[14]的觀點(diǎn)，選取積分時(shí)間常數(shù)應(yīng)為0.01～20 ms，本文選取0.2 ms，即N=200，每200個(gè)原始AE信號(hào)點(diǎn)計(jì)算1個(gè)Arms值。計(jì)算后獲得的從修整的初期階段至結(jié)束階段的Arms值如圖11所示。

(a)第2次修整 (b)第12次修整

(c)第22次修整 (d)第32次修整

(e)第42次修整 (f)第52次修整圖11 修整過程的Arms值Fig.11 Arms of AE signal during the truing process

當(dāng)修整處于砂輪上的一段圓弧未與GC磨棒相互摩擦?xí)r，由于外界噪聲的存在，聲發(fā)射傳感器不可避免地采集到Arms值低于0.01 V的信號(hào)，可以判斷:若整個(gè)修整過程Arms值低于0.01 V，表示砂輪與GC磨棒尚未接觸，即修整處于未開始階段；而當(dāng)砂輪上僅有一段圓弧與GC磨棒相互摩擦?xí)r，聲發(fā)射傳感器采集到圖11a～圖11c所示間斷的Arms信號(hào)值，表示修整已經(jīng)開始；修整進(jìn)行到一定階段時(shí)，砂輪的整個(gè)圓周將與GC磨棒相互摩擦，聲發(fā)射傳感器采集到圖11d～圖11f所示持續(xù)大于0.04 V的Arms信號(hào)，表示砂輪修整完畢。因此，若在一個(gè)砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)的修整Arms信號(hào)值始終高于0.04 V，則表明砂輪的圓周上各處均可與GC磨棒接觸摩擦，砂輪截面圓弧中心區(qū)域回轉(zhuǎn)誤差已消除，即修整即可結(jié)束。

5 結(jié)論

(1)利用旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部在位修整金剛石圓弧砂輪，可實(shí)現(xiàn)圓弧形金剛石砂輪的精密修整，并可修正砂輪垂直方向的位置偏差。

(2)旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部在位修整D64樹脂基金剛石砂輪的回轉(zhuǎn)誤差由41 μm減小到10 μm。

(3)通過對(duì)修整過程中的回轉(zhuǎn)誤差A(yù)E信號(hào)特征信息的提取，獲取砂輪修整結(jié)束的Arms閾值；AE在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)GC磨棒端部在位修整過程的在線監(jiān)測(cè)及修整結(jié)束時(shí)間的準(zhǔn)確判斷。

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(編輯胡佳慧)

PrecisionTruingofArc-shapedDiamondWheelandOn-lineMonitoringofTruingProcessesbyAESignals

CHEN Bing1,2WANG Ge3LIU Jianming4DENG Zhaohui1,2ZHAO Qingliang5
1.Intelligent Manufacturing Institute of HNUST,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan,411201 2.Hunan Provincial Key Laboratory of High Efficiency and Precision Machining of Difficult-to-Cut Material,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan，Hunan,411201 3.College of Electronic Engineering,Guangxi Normal University,Guilin,Guangxi,541004 4.Time Varying Transmission Co.,Ltd.,Xiangtan,Hunan,411100 5.School of Mechatronics Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin,150001

To realize the efficient and precision truing of arc-shaped diamond wheels for ultra-precision grinding spherical, aspherical and freeform surfaces, a novel on-machine precision form truing of arc-shaped diamond wheels was proposed utilizing rotary GC rod. On-line monitoring of the truing processes by AE was studied. Based on the structural properties of arc shaped wheel, the technical solutions of truing and monitoring were formulated for D64 wheels. The run-out errors after truing are below 10 μm which is reduced about 30 μm before truing, the form accuracy of wheels was improved remarkably. The AE signals were processed to monitor the truing processes, and theArmsthreshold for judging the finishing truing time was obtained. The monitoring technology will improve efficiency of the truing and grinding processes.

arc-shaped diamond wheel; precision truing; green silicon carbon(GC) rod; acoustic emission(AE); on-line monitoring

2016-10-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51705148);湖南科技大學(xué)博士啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(E56118);湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(E21755)

TG58

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.18.015

陳冰，男，1986年生。湖南科技大學(xué)智能制造研究院講師、博士。主要研究方向?yàn)橛泊嗖牧系某苣ハ骷庸ぜ夹g(shù)。發(fā)表論文10余篇。E-mail：chenbing@hnust.edu.cn。王各，女，1994年生。廣西師范大學(xué)電子工程學(xué)院碩士研究生。劉建明，男，1992年生。湖南時(shí)變通訊科技有限公司測(cè)試工程師。鄧朝暉，男，1968年生。湖南科技大學(xué)智能制造研究院院長(zhǎng)、教授、博士研究生導(dǎo)師。趙清亮，男，1968年生。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。