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基于DSP的氮化硅陶瓷磨削

磨削力是磨削过程中的基本物理现象之一,它对于砂轮的磨损、磨削弧区的磨削强度、磨削工艺系统的变形、砂轮/工件的动态接触状态以及最终形成的磨削表面粗糙度等均有很大影响。研究材料磨削机理时需要分析磨削力的瞬时变化,制定磨削工艺时也需要参考磨削力数据。此外,磨削力也是诊断磨削状态、对磨削过程进行自适应控制的重要参数。由于研究手段的局限,过去对磨削力的研究大多局限于磨削力的静态分量,对磨削力动态分量的研究较少。随着科学研究对磨削力分析精度要求的不断提高,对动态磨削力的测量与分析已逐渐提上日程。在磨削大多数金属材料时,动态磨削力信号为具有正态分布的平稳信号。但在磨削工程陶瓷等硬脆材料时,由于这些材料具有微观结构分布不均匀的特点,使磨削力明显呈现出随机性、非线性等特点。因此,在磨削工程陶瓷等硬脆材料时,动态磨削力信号作为一种随机振动信号,在时域上是不确定的。通过对磨削力信号进行平稳性、各态历经性、正态性及周期性检验,有助于分析磨削力信号的分布特点,并为采用适当的数字信号处理方法来研究硬脆材料磨削力信号的时域、频域特征及进一步分析其对磨削过程的影响规律奠定理论基础。
本文通过对Si3N4陶瓷的磨削试验,采用数字信号处理(DSP)方法对磨削力信号进行了严格检验,分析、总结了工程陶瓷等硬脆材料磨削力信号的分布特点。
2 Si3N4陶瓷磨削试验
试验条件
试验机床:远山FC-200D型PCD&PCBN刀具磨床。
磨削材料:Si3N4基陶瓷,试件尺寸:24.Omm×8.5mm×59.4mm,材料机械物理性能指标见表1。
表1 Si3N4陶瓷材料的机械物理性能 材料 密度
(g/cm3) 抗弯强度
(MPa) 显微硬度
(HV10) 断裂韧性
(MP·m½) 弹性模量
(GPa)
Si3N4陶瓷 3.2 750 1600 8 310
磨削用砂轮:树脂结合剂砂轮,型号:EWAG BP 102 359T,浓度:C100,直径150mm,宽度:6mm
磨削液:采用冲洗功能较强的水基磨削液
磨削方式:端面磨削。
磨削参数:砂轮速度Vs=14.06m/s,磨削深度Ap=30µm,砂轮摆动速度VW=0.96rn/min。
测量仪器:采用Kistler三相压电式测力仪检测动态磨削力信号,磨削力测量试验装置如图1所示。
试验结果
图2所示为试验中记录的一次动态磨削力随时间的变化关系曲线。由图可见,Si3N4陶瓷的磨削力信号呈现出一定的波动性,但从该曲线中无法观察出该信号是否具有平稳性、各态历经性、正态性及周期性。图1 磨削力测量试验装置示意图图2 动态磨削力时


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