高速强力随形荒磨机床砂轮直径在线测量方法

摘要

高速强力随形荒磨机床砂轮直径在线测量方法属于工程测量技术领域。该方法通过荒磨机运动机构模型、基于过程统计的交变冲击振动数据分析，建立工件、砂轮直径关联模型，使用高精度位移测量激光传感器，在大振动强干扰背景下，用简单测量方法获取高精度的砂轮直径数据，并对其进行误差修正。为进一步实现优化磨削效果、降低砂轮损耗提供相应的实时数据支持。

主权项

1.高速强力随形荒磨机床砂轮直径在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）硬件配置及安装：在荒磨机支撑臂下面安装位移测量激光传感器，使用水平仪将激光传感器调平，并使激光传感器光路垂直于台车行进方向，同时在水平方向使其光路位于砂轮所在铅垂面之外、向台车运动方向一侧偏置，并尽量靠近砂轮铅垂面，垂直方向上将激光传感器固定于地面台基；（2）测量参数：H——悬臂转轴中心至支撑滚轮圆心的垂直距离，X——激光传感器至轧辊辊坯中心的水平距离，M——液压推杆底端转轴至轧辊辊坯中心的水平距离，N——支撑滚轮圆心至液压推杆底端转轴的垂直距离，Y₀——液压推杆活塞完全缩回时推杆两端转轴间距，h——支撑滚轮中心至激光传感器测点的垂直高度，a——激光传感器至较近支撑滚轮表面的水平距离，b——轧辊辊坯中心至支撑滚轮中心的水平距离，r——支撑滚轮的半径，α——悬臂与悬臂轴心—推杆顶轴连线的夹角，c——悬臂转轴中心至液压推杆顶端转轴中心的距离，d——液压推杆底端支撑轴中心至悬臂转轴中心的距离，l——悬臂转轴中心至砂轮中心的距离；（3）数据通信：激光传感器通过RS232串口与上位机连接通信，上位机运行数据采集程序实时接收数据并保存；开启激光测距仪进行调试，确认激光测点有效；试测辊坯直径，与手动测量值比较，得到偏置量δ；（4）计算轧辊直径：通过公式计算辊坯的理论直径，其中：$\begin{array}{c}A=4(h^2-r^2)\\ B=4r[h^2+b^2-r^2-{(a+b+r-s)}^2]\\ C=-{[{(a+b+r-s)}^2+r^2+h^2-b^2]}^2-4h^2(b^2-r^2)\end{array}$式中，h为支撑滚轮中心至激光传感器测点的垂直高度，Φ为轧辊辊坯直径，R为轧辊辊坯半径，a为激光传感器至较近支撑滚轮表面的水平距离，b为轧辊辊坯中心至支撑滚轮中心的水平距离，r为支撑滚轮的半径，s为激光传感器至轧辊辊坯表面测点的距离，即激光传感器的实时测量值；（5）计算砂轮直径：当满足砂轮启动旋转、砂轮与辊坯正压接触、辊坯旋转、辊坯轴向进给这4个条件时，才进行砂轮直径的更新计算，任何一个条件不满足的情况下，则保持前次计算值；通过公式${\Phi }_s=2R_s=\frac{B\sqrt{B^{2}4AC}}{A}+2\sqrt{l^2+f^{2}2lf\cos \left(\alpha +\beta \gamma \right)}-\delta$得砂轮直径的理论值，其中：$\beta =\arccos \left(\frac{c^2+d^2{y}^2}{2cd}\right)$，$\gamma =\arccos \left(\frac{d^2+f^2{e}^2}{2df}\right)$，$y=Y_0+\Delta Y$，$e=\sqrt{M^2+{\left(N+\sqrt{{\left(R+r\right)}^2{b}^2}\right)}^2}$，$f=\sqrt{X^2+{\left(H\sqrt{{\left(R+r\right)}^2{b}^2}\right)}^2}$，式中，Rs为砂轮半径，l为悬臂转轴中心至砂轮中心的距离，f为悬臂转轴中心至轧辊辊坯中心的距离，α为悬臂与悬臂轴心—推杆顶轴连线的夹角，β为悬臂轴心—推杆顶轴连线与悬臂轴心—推杆底轴连线的夹角，γ为悬臂轴心—辊坯中心连线与悬臂轴心—推杆底轴连线的夹角，c为悬臂转轴中心至液压推杆顶端转轴中心的距离，d为液压推杆底端支撑轴中心至悬臂转轴中心的距离，y为液压推杆两端支撑转轴动态间距，ΔY为推杆内部液压缸活塞实时位置，该值由推杆液压数控系统记录，可供第三方程序调用，e为液压推杆底端支撑转轴中心至轧辊辊坯中心的距离；（6）误差分析和处理：考虑到误差因素，对砂轮的直径计算公式进行修正，修正后的砂轮直径计算公式为：${{\Phi }_s|}_{t{T}_d}={2R_s|}_{t{T}_d}=2R\text{'}+2\sqrt{l^2+f^{2}2lf\cos (\alpha +\beta \text{'}\gamma \text{'})}$；其中，$R\text{'}=\frac{B\text{'}+\sqrt{B{\text{'}}^{2}4AC\text{'}}}{2A}+\frac{\delta }{2}$，$A=4(h^2{r}^2)$，$B\text{'}=4r[h^2+b^2{r}^2{(a+b+rs\text{'})}^2]$，$C\text{'}={[{(a+b+rs\text{'})}^2+r^2+h^2{b}^2]}^{2}4h^2(b^2{r}^2)$，$s\text{'}=s\text{'}|{}_{t1}+{K|}_{t1}(ss\text{'}|{}_{t1})$，$K=\frac{A}{4D\text{'}}\frac{1}{r\frac{rB\text{'}AE\text{'}}{\sqrt{B{\text{'}}^{2}4AC\text{'}}}}\frac{1}{\frac{R\text{'}+r}{\sqrt{{\left(R\text{'}+r\right)}^2{b}^2}}+1}$，$D\text{'}=a+b+rs\text{'}$，$E\text{'}=D{\text{'}}^2+r^2+h^2{b}^2$，$\beta \text{'}=\arccos \left(\frac{c^2+d^2{\left(y|{}_{t{T}_d}\right)}^2}{2cd}\right)$，$y=Y_0+\Delta Y$，$T_d=\frac{m}{V_a}$，$\gamma \text{'}=\arccos \left(\frac{d^2+f{\text{'}}^{2}e{\text{'}}^2}{2df\text{'}}\right)$，$e\text{'}=\sqrt{M^2+{\left(N+\sqrt{{\left(R\text{'}+r\right)}^2{b}^2}\right)}^2}$，$f\text{'}=\sqrt{X^2+{\left(H\sqrt{{\left(R\text{'}+r\right)}^2{b}^2}\right)}^2}$，上面式中，m为激光传感器距砂轮所在铅垂面的水平距离，V_a为辊坯轴向进给速度，K为等效误差比例系数。