珩磨气动螺旋线测量方法的研究.pdf

珩 磨 气 动螺 旋线 测 量 方 法 的 研究 口乔健 口贾晓亮 口马广龙 兰州 兰石 能 源装备 工程研 究 院 兰州7 3 0 0 5 0 摘 要 针 对 截 面法 效率 较低 、 不符 合珩 磨 气动测 量 的 实 际工 况 ， 通过 现 场 实验数 据 及误 差处 理理 论 ， 得 出了螺旋线测量方法 中螺距与精度 的关 系方程及其 关系曲线 ， 与截面法比较后得 出， 螺旋线法优 于截面法， 适合珩磨 气动在线测量 ， 也可以推广到其它测量系统 中。 关键词 螺旋线法 测量精度 螺距 截面法 珩磨气动测量 中图分类号 T G 8 0 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 f 2 0 1 5 0 8 0 0 5 9 - 0 3 在 珩 磨 气 动 测 量 中 ，若 测 量 喷 嘴 是 在 珩 磨 头 往 复 运 动 和 旋 转 运 动 的 工 况 下 进 行 气 动 在 线 测 量 1 ] ， 这 种 测 量 方 式 属 于 螺 旋 线 测 量 ，不 同 的 往 复 速 度 和 旋 转 速 度 的组 合 。 会 产 生 不 同 的 螺 旋 线 状 态 。 目前 ， 就 国 内 外 参 考 文 献 来 看 ． 关 于 此 方 面 的 研 究 基 本 属 于 空 白 ， 珩 磨 气 动 测 量 方 法 集 中 在 截 面 法 研 究 ，但 此 测 量 方 法 与 珩 磨 机 在 工 作 状 态 下 珩 磨 头 及 对 应 喷 嘴 的 实 际 工 作 轨 迹 并 不 相 符 ] ， 效 率 较 低 。 本 文 通 过 实 验 的 途 径 ，基 于 银 川 大 河 机 床 厂 带 有 自测 功 能 的高 档 数 控 珩 磨 机 型 号 2 MK2 2 1 8 YS 以及 日本 东 京 精 密 的 气 动 主 动 测 量 仪 E 3 3 型 号 P UL C OM V 4 ， 采 用 差 压 式 气 动 测 量 ， 对 内 孔 直 径 1 1 0 mm、 高 度 2 1 0 mm 系 列 的 部 分 缸 套 进 行 了 实 验 ， 对 不 同 的 螺 旋 线 工 作 状 态 ， 在 相 同 的 工 作 环 境 下 ， 以每 隔 0 ． 0 5 s的 采 样 频 率 对 同 一 工 件 进 行 多 次 数 据 采 集 ， 旨在 研 究 出最 佳 螺 旋 线 测 量 状 态 ， 并 与 目前 常 用 方 法 比 较 ， 分 析 其 优 劣 性 。 1 螺旋 线测量法 中螺距的确定 珩 磨 头 在 每 一 种 往 复 速 度 和 旋 转 速 度 的 组 合 工 况 下 ， 都 会 产 生 一 个 与 之 对 应 的螺 距 ， 可 以 借 助 螺 距 来 确 定 此 时 的 气 动 螺 旋 线 测 量 状 态 。 再 通 过 采 样 数 据 的 分 析 ， 可 得 出此 时 螺 旋 线 测 量 的精 度 情 况 。 螺 距 s的 确 定 可 按 式 1 进 行 计 算 s l O 00 v ／ t o 1 式 中 为 珩 磨 头 往 复 速 度 ， m／ mi n； 为 珩 磨 头 旋 转 速 度 ， r ／ mi n。 已 知 往 复 速 度 和 旋 转 速 度 时 ， 即 可 直 接 代 入 式 1 计 算 得 到 螺 距 值 。本 文 中 所 采 用 的 6个 方 案 及 其 对 应 的 螺 距 值 见 表1 。 目前 珩 磨 气 动 测 量 系 统 中 普 遍 采 用 的 是 截 面 法 ， 5 12 厂 中 大 多 采 用 三 截 面 测 量 法 ，但 三 截 面 只 是 采 集 了 收稿 日期 2 0 1 5年 2月 机械制造 5 3卷 第 6 1 2 期 表 1 螺旋线工作 状态表 工作状态 模型一 模 型二 模型三 模型 四 模型五 模型六 往复速度／ m mi n 3 3 3 3 3 3 旋转速 度／ r mi n 8 0 1 2 O 1 6 0 2 0 0 2 4 0 3 0 0 螺距值／ ram 3 7 ． 5 2 5 1 8 ． 7 5 1 5 1 2 ．5 1 0 零 件 3个 截 面 位 置 的 信 息 ，不 能 完 整 地 反 映 零 件 的 实 际 情 况 ， 而 且 效 率 较 低 。 考 虑 到 珩 磨 时 测 头 实 际 运 行 轨 迹 恰 好 为 螺 旋 线 ，故 该 螺 旋 线 测 量 方 法 能 极 大 地 提 高 测 量 效 率 ⋯。 笔 者 通 过 一 系 列 的 实 验 、 比 较 分 析 ， 获 取 了 螺 旋 线 测 量 的 相 关 数 据 ，并 与 已经 相 对 成 熟 的 截 面 法 进 行 比较 。 实 验 数 据 测 量 喷 嘴 与 被 测 工 件 间 隙 值 对 应 的 压 力 信 号 值 见 表 2 。 采 样 数 据 的 分 析 处 理 基 于 误 差 理 论 与 数 据 处 理 ， 在 几次 测 量 的 等 精 度 测 量 列 中 ， 算 术 平 均 值 的标 准 差 为单 次测 量 标 准 差 的 1 ／ 、 ／ ， 标 准 差 占值 小 ， 该 测 量 列 相 应 小 的 误 差 占优 势 ，任 一 单 次 测 量 值 对 算 术 平 均 值 的 分 散 度 就 小 ，测 量 可 靠 性 就 大 ， 即 测 量 精 度 高 [ s． 6_ 。故 只 需 求 出 处 理 后 数 据 的标 准 差 就 可 知 道 其 精 度 高 低 ， 标 准 差 越 小 ， 精 度 越 高 ， 其 技 术 路 线 如 图 1所 示 。 针 对 表 中数 据 。 基 于 3 6粗 大 误 差 判 别 准 则 ， 进 行 了 粗 大 误 差 数 据 剔 除 。对 处 理 前 和 处 理 后 的 数 据 基 于 贝 塞 尔 B e s s e 1 公 式 ， 求 得 与 之 对 应 的 单 次 测 量 标 准 差 和 算 术 平 均 值 标 准 差 ，并 对 算 术 平 均 值 以及 残 余 误 差 基 于 校 核 规 则 2进 行 了 校 核 ， 可 知 计 算 结 果 完 全 准 确 。 残 余 误 差 代 数 和 的 绝 对 值 应 符 合 当 n为 奇 数 时 ， I n l l ∑ 小≤ 手’ 0 ．5 A 2 l l 1 l 一 式 中 为 残 余 误 差 ， 即各 测 量 值 与 算 术 平 均 值 的 差 值 A 为 实 际 求 得 的算 术 平 均 值 末 位 数 的一 个 单 位 ， 本 次 实 验 处 理 中 均 取 0 ． 0 01 。 当 为 偶 数 时 ． 2 0 1 5 ／ 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2螺旋线采样数据表／ P a 序号 模型一 模型二 模型三 模 型四 模 型五 模型六 截面法 1 O - 3 1 8 0 - 3 1 5 O _ 3 1 6 O_31 1 O_ 3 1 6 0- 3 1 7 O ． 3 1 4 2 0 - 3 1 2 0 ． 3 5 4 O - 3l 1 0 ． 3 5 3 0．2 8 9 O3l 3 0 - 3 1 7 3 O _ 3 1 7 0 ． 3 1 2 O - 3 1 3 O ． 3 0 7 0． 3 1 6 0321 0． 3 1 0 4 0 ． 2 8 9 0 ． 3 3 3 0 ． 3 0 9 0 ． 3 2 5 O． 3 1 2 0- 3 1 3 O． 3 l 6 5 0 ． 3 8 9 O ． 31 2 0 ． 31 9 0-31 8 O ． 3 l 9 O ． 3 1 5 O ． 3 1 4 6 0 ． 31 4 O-31 8 0 ． 3 2 0 0_ 3 1 3 0 ． 3 0 9 0 ． 3 1 4 0 ． 31 4 7 0 - 31 3 0 ． 2 8 9 O_31 5 0． 3 l 6 0 ． 3 0 5 0 ． 3 l 1 0-31 5 8 0 ． 3 0 8 0_ 3 1 3 0．3 0 8 O．31 4 0 ． 3 1 2 O - 3 1 3 0-31 O 9 O-31 2 O_31 5 0 ． 31 7 0- 3 1 1 O _ 3 1 7 0 ． 3 l 7 O ． 31 4 1 0 0 - 31 5 0 ． 3 3 2 O-31 3 O- 3 1 2 O ． 3 1 4 0 31 4 0 ． 3 0 8 I 1 0 _ 31 3 0 ． 3 4 1 O ． 31 8 0． 3 l 5 0 - 3 1 9 0 _ 3 1 O 0-3l l 1 2 O． 3 2 0． 3 1 2 0 ． 3 0 9 0 ． 3 2 2 0 - 31 3 0 ． 3 3 6 0．3 0 9 1 3 0_31 3 0- 3 1 3 0． 3 0 7 0 - 3 1 9 0 ． 3 1 4 0_31 O 0．3 0 8 1 4 0．31 8 O_ 3 1 3 0． 3 4 2 0 ． 3 0 5 O _ 3 1 3 0 - 31 3 0．31 7 l 5 0-31 2 O- 3 0 4 0．3 2 3 OI 3 1 9 0 ． 3 0 8 O - 3 1 8 0．2 3 8 1 6 0．3 2 5 O． 3 l 1 0 ． 3 1 1 0 - 3 1 0 0 ． 31 4 O ． 31 2 0．3l 9 1 7 0-31 O O．3 0 4 0- 3 l 2 0 - 3 1 5 0 _ 3 1 9 0 ． 3 0 9 O31 1 螺距值／ mm 3 7 ． 5 2 5 l 8 ．7 5 1 5 1 2 ． 5 1 0 ／ 根据 贝 塞尔 Be s s e 1 公式 ， 可求 得 单 次测 量 的标 准差 6＼ ／ 警 4 根 据 3 6粗 大 误 差 判 别 准 则 ，如 果 在 测 量 列 中 ， 发 表 3 不 同工况下的精度表 现 有 大 于 3 6的 残 余 误 差 的 测 量 值 ， 则 可 认 为 它 含 有 粗 大 误 差 ， 应 予 剔 除 ， 剔 除 后 重 新 计 算 相 关 步 骤 。 2 数据处理结果分析比较 针 对 实 验 数 据 ， 根 据 上 节 理 论 ， 可 得 不 同 工 况 下 的 精 度 值 ， 见 表 3 。 基 于 Ma t l a b软 件 对 现 有 结 果 进 行 拟 合 ， 可 得 此 时 螺 距 与 实 际 测 量 精 度 之 间 关 系 满 足 方 程 一 0． 6 4xl O s O． 3 7 xl O - s 2 R 0． 0 0 0 5 4 0 ． 00 3 1 5 基 于 拟 合 图 像 ， 可 知 规 律 变 化 曲线 如 图 2所 示 。 根 据 计 算 可 得 结 论 ． 不 论 原 始 数 据 状 态 ， 还 是 经 过 处 理 后 的 数 据 状 态 ，模 型 六 在 基 于 气 动 测 量 喷 嘴 处 于 往 复 速 度 3 m／ mi n和 旋 转 速 度 3 0 0 r ／ mi n的 组 合 状 态 工 况 下 ， 螺 距 为1 0 mm 时 ， 螺 旋 线 测 量 法 测 量 精 度 最 高 ， 此 时 实 际 精 度 值 为 0 ． 0 0 0 8 1 l ； 根 据 图 2可 知 ， 螺 距 在 1 0 2 6 ． 5 mm 的 范 围 内 ，精 度 随 着 螺 距 的 增 大 而 降 低 。螺 距 在 2 6 ． 5 ～ 3 7 ． 5 mm 的 范 围 内 ， 精 度 随 着 螺 距 的 增 大 而 提 高 。 通 过 与 截 面 法 的 比较 可 知 ， 螺 旋 线 测 量 方 法 的 精 度 值 为 0 ． 0 0 0 8 l 1 ， 截 面 法 的 精 度 值 为 0 ． 0 0 0 8 5 9， 两 种 测 量 方 法 在 测 量 精 度 方 面 相 近 。 但 螺 旋 线 测 量 方 法 测 量 时 间 只 要 8 s ． 明 显 优 于 截 面 法 的 3 0 s 。 因 此 。 螺 旋 线 法 测 量 效 率 高 ， 可 以很 好 地 实 现 实 时 动 态 在 线 测 量 ． 而 且 螺 旋 线 轨 迹 与 珩 磨 头 运 行 轨 迹 相 同 。 更 加 适 合 珩 磨 工 况 。综 上 所 述 ， 在 珩 磨 气 动 测 量 系 统 中 ， 螺 旋 线 测 量 法 优 于 截 面 法 测 量 。 3结论 工作状 态 模型一 模型二 模 型三 模 型四 模型五 模型六 截面法 往复速度／ m rai n 3 3 3 3 3 3 ／ 旋转速度／ r rai n 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 O 3 0 0 | 螺距值／ mm 3 7 ． 5 2 5 1 8 ．7 5 1 5 1 2 ．5 l O | 原始精度 0 ． 0 0 4 8 2 0 ． 0 0 3 7 0 0 ． 0 0 1 9 9 0 ．0 0 2 5 9 0 ．o 0 1 7 9 0 ．0 0 1 5 1 0 ． 0 0 4 4 8 实际精度 0 ． 0 0 1 1 2 0 ． 0 0 3 7 0 O ．0 o 1 1 7 0 ．O O 1 3 3 0 ．o 0 1 O 1 O ． O o o 8 1 1 0 ． 0 0 0 8 5 9 测量时间／ s 8 3 0 回 2 0 1 5 ／ 8 本 文 针 对 螺 旋 线 测 量 方 法 和 截 面 法 ， 从 精 度 、 效 率 ， 结 合 珩 磨 气 动 测 量 系 统 实 际 J 2况 进 行 了 分 析 比 较 ，得 出 了 螺 旋 线 测 量 中 螺 距 与 精 度 之 间 的 关 系 曲 线 及 其 关 系 方 程 ， 经 比较 两 种 方 法 得 出 珩 磨 工 况 下 螺 旋 线 测 量 方 法 优 于 现 有 的 截 面 机械制造 5 3卷 第 6 1 2 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 电 液 伺 服 阀 空 载 流 量 特 性 测 试 系 统 的 研 究 口吕永福 口金侠杰 口高施琛 口邢科礼 上 海大 学 机 电工程 与 自动 化 学院上 海2 0 0 0 7 2 摘 要 为 了研 究 电液伺 服 阀 的 空载 流量 特性 ， 利 用虚 拟仪 器技 术研 制 了一 套 专 门的 电液伺 服 阀 空载流 量特性 测 试 系统。根 据 测试要 求 ． 设 计 了测 试液 压 系统 以及 控 制 系统 ． 同时用 软件 方 法实现 了测 试用的激励信号发生器， 最后对测试结果进行 了分析和总结。实际应用表明， 测试 系统运行 良好 ， 数据 采集及处理可靠有效。 关键 词 伺 服 阀 空载流 量特 性信 号发 生器L a b VI E W 中图分类 号 T H1 3 7 文 献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 0 4 9 9 8 f 2 0 1 5 0 8 0 0 6 1 0 4 电 液 伺 服 阀 是 机 械 和 电 子 相 结 合 的 高 精 密 部 件 ， 广 泛 应 用 于 航 空 航 天 、 冶 金 、 钢 铁 、 舰 船 等 领 域 ⋯。由于 伺 服 阀 性 能 的 优 劣 直 接 影 响 到 电 液 伺 服 系 统 的 控 制 精 度 、 稳 定 性 和 可 靠 性 ， 因 此 在 电 液 伺 服 阀 出 厂 前 和 维 修 后 要 求 对 其 进 行 严 格 的性 能 试 验 ，其 中空 载 流 量 特 性 测 试 是 必 不 可 少 的 。笔 者 研 制 的 电 液 伺 服 阀 空 载 流 量 特 性 测 试 系 统 由计 算 机 对 各 试 验 参 数 进 行 采 集 、处 理 并 输 出 测试 结 果 ， 同时 测 试 所 需 的 激 励 信 号 也 由计 算 机 提供 ， 加 大 了 自动化 测试 的 程 度 ， 并 提 高 了测 试 精 度 。 1 测试液压 系统 本 系 统 的设 计 充 分 考 虑 了 伺 服 阀对 测 试 液 压 系 统 的 严 格 要 求 ， 系 统 在 液 压 泵 出 口设 置 了 一 个 蓄 能 器 ， 可 吸 收 压 力 脉 动 ； 为 了 控 制 油 污 ， 分 别 在 吸 油 口和 回油 口 各 设 计 了 一 个 吸 油 过 滤 器 和 回油 过 滤 器 ．同 时 在 伺 服 阀 的进 油 口设 计 了 一 个 高 精 度 过 滤 器 伺 服 阀 的 回 油 阻 力 通 过 比例 溢 流 阀 提 供 。 液 压 系 统 原 理 如 图 1所 示 。 此 系 统 的 特 点 是 系 统 压 力 调 节 方 便 ，加 载 过 程 中 负 载 不 受 流 量 变 化 的 影 响 ， 同 时 系 统 设 置 了 散 热 、 过 滤 收稿 日期 2 0 1 5年 2月 回路 ， 保 证 了 系 统 的 油 液 清 洁 度 。 2测试 系统组成 测 试 系 统 主 要 由 硬 件 部 分 和 软 件 部 分 组 成 ，伺 服 阀 的流 量 信 号 和 电 流 信 号 通 过 数 据 采 集 卡 采 集 后 由 计 算 机 进 行 分 析 和 处 理 。 最 后 绘 制 出 空 载 流 量 特 性 曲线 。 2． 1 硬 件 部 分 测 试 系 统 硬 件 组 成 原 理 框 图 如 图 2所 示 ， 由5 1 2 控 机 、 打 印 机 、 模 拟 量 输 出 卡 、 功 率 驱 动 卡 和 数 据 采 集 卡 等 组 成 ① 模 拟 量输 出卡 输 出试 验用 的低 频 控制 信 号 ， 1 6位 高 精 度 的 D ／ A 转 换 ， 输 出 为 电压 信 号 。 ② 功率 驱动 卡 将控 制 电压 信号 转换 为 被试 伺 服 阀 的 驱 动 信 号 ， 包 括 电 压 信 号 一 1 0 ～l O V 和 电 流 信 号 0～ 5 0 mA 和 0 -2 0 0 mA 。 ③ 数 据 采集 卡 实 时采 集试 验 中 的压力 、 流量 、 温 度 、 电 流 信 号 。 ④ 数字 仪表 主要 显示 试验 台上 的压力 、 电流 、 温 度 和 流 量 等 值 。 ⑤ 信 号调 理板 主 要 用 于 信号 的过 滤 处 理 ， 隔离 法 ， 螺 旋 线 法 更 适 合 动 态 在 线 测 量 。 参 考 文 献 [ 1 ] 于保华 ， 胡小平 ， 叶红仙． 内孔珩磨尺寸在线气动测量 系统 [ J ] ． 农业机械学报 ， 2 0 0 8 ， 3 9 1 0 2 0 2 2 0 8 ． [ 2 ] 张宏军． “ 高档数控机床与基础制造装备 ” 科技重大 专项课 题可行性研究 报告 [ R] ． 宁夏 宁夏银 川大河数控机床有限 公 司 ． 2 0 0 9 ． r 3 1 薛君英． P U L C O M V 4主动测量控制仪在数控珩磨加 工中的 应用 [ J ] ． 机 电信息 ， 2 0 1 0 3 0 1 2 1 3 ． 『 4 1 马广 龙．珩磨气动 测量 中圆柱度误差 的测量 与评定研 究 机械制造5 3 卷 第 6 1 2 期 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ D] ． 兰州 兰州理工大学 ， 2 0 1 3 ． 费业泰． 误差理论与数据处理[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0 1 0 ． 费业泰， 卢荣胜． 动态测量误差修 正原理与技术 [ M] ． 北京 中国计量出版社， 2 0 0 1 ． L a i H，J y w e W ， Ch e n C K，e t a 1 ．P r e c i s i o n Mo d e l i n g o f F or m Er r o r s f o r Cy l i n dr i c i t y Ev a l ua t i o n Us i n g Ge n e t i c Al g o - r i t h m s [ J ] ． P r e c i s i o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 0 ， 2 4 4 3 1 0 3 1 9 ． △ 编 辑 丁 罡 2 0 1 5 ／ 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m