磨削加工过程中的主动测量仪控制与应用

磨削加工过程中的主动测量仪控制与应用

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主动测量是指在机械加工过程中，由测量装置始终测量着工件的尺寸，并将其尺寸变化量随时传递给控制仪，再由控制仪发出信号(如粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信号)控制机床的动作。由于它能使操作人员无需停机就能测量工件，减少了劳动强度，提高了生产效率，降低了废品率，同时加工出的工件尺寸一致性较高，特别适应于在大批量流水线作业中使用，如汽车零部件、轴承零件的加工等。

1．主动测量仪的基本构成

主动测量仪主要由测量装置、驱动装置、控制仪三部分组成。

(1)测量装置

在砂轮磨削工件的过程中，装置的两个金刚石测子始终接触工件表面，将工件直径的变化量通过测子、杠杆，使得装置中的磁芯和电感线圈的位置产生相对位移，从而将尺寸的变化转换为电感量的变化。主动测量装置俗称测头，起着把被测参数的变化量转化为测量信号的作用，它是测量仪的主体。从结构原理上可以分为单点测量装置和双点测量装置，单点测量装置可以用于端面定位或者用两个组合起来测量大的直径等；双点测量装置可以测量外径、内径、槽宽、台阶宽等。

(2)控制仪

控制仪将装置输出的电感信号经过相敏整流、放大，发出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信号给磨床控制系统，磨床控制系统接收到信号后控制机床的进给机构，从而达到控制工件尺寸的目的。

控制仪是主动测量仪的重要部分，目前的控制仪已基本剔除了过去分离元件的电路，采用了集成电路，有些已用上了微处理机，对重复精度、长时间稳定性等性能均有极大提高。

(3)油压驱动装置

测量装置的进退由油压驱动装置来带动，工件安装好后，砂轮快速前进，同时驱动油缸也带动主动测量装置进入测量工位。磨削到尺寸后砂轮快速退回，驱动油缸带动主动测量装置退出测量工位，以便于操作者装卸工件。

油压驱动装置是主动测量装置与机床的连接部件，负责将装置进入或退出测量工

位，通过对前后微调机构的调整，可以使装置的触头对准工件中心。目前的油缸有立式和卧式(根据机床的中心高来确定)。由以上三个部分组成的主动测量控制系统与机床控制系统组合就形成了磨加工过程中的主动测量。以用3个信号控制的磨削过程为例，从砂轮快速进给进入粗磨阶段，P1点是从粗磨进给向精磨进给切换的信号点，P2点是从精磨进给向无火花磨削进给切换的信号点，P3点为到尺寸退刀信号点。机床控制系统从控制仪先后接收到这三个信号分别执行不同的动作，完成一个磨削循环。对于高精度磨削加工，一般可以将加工零件的尺寸分散度控制在2～3μｍ。近年来，工艺要求尺寸精度提高的同时，还要提高形状精度，为此机床要求的控制信号点从3个增加到4个，甚至增加到5～6个点。

2．主动量仪的测量控制

(1)对工件锥度的控制

在汽车零部件的磨削加工中，尤其是如凸轮轴、曲轴等具有多个轴径的工件，要求轴径尺寸一致，不能产生较大的锥度，对于这样的工件一般采用两个外径测量装置，测量两端轴径，考虑到两端的加工速度不一样，通过控制磨削周期达到对尺寸和锥度的控制。外径测量装置通过控制仪分别控制工件两端的尺寸，同时将测出的锥度值信号输出到机床控制系统，用于控制砂轮的动作，完成对工件锥度的控制。

(2)对工件椭圆的测量

目前用于测量轴类零件椭圆度的主动量仪有两类，较常见的一种是利用双点式测量装置直接测出工件的直径，通过电气演算计算出直径差，作为椭圆度的评定数值；另一种是最新推出的利用单点测量法在加工过程中检测工件的圆度(与圆度仪的半径法测量原理相同)，通过对测得数据作出相应处理后，直接读出工件的圆度值。

①常用测量椭圆度的主动量仪

双点式测量装置：内置两个差动变压器式传感器，可对轴类零件进行主动测量。控制仪首先是控制轴径尺寸，当工件外径磨削接近规定的数值后，控制仪开始测量工件的椭圆度，利用峰值保持电路把测得的外径最大、最小值经过数据处理，直接输出椭圆度的大小；若椭圆度超差，将发出信号，由机床来控制椭圆度的修整。

②新型在线圆度测量用主动量仪

将日本东京精密生产的PULCOM V10系列控制仪与双点式测量装置配套使用，可以在测量工件直径的同时，利用与圆度仪的半径法相同的测量原理，用装置的下触头直接测量工件的圆度。该量仪的信号反映速度为1ms，工件转速在17～999rpm范围内。旋转一周，可以测量到60～3600个数据，通过屏幕可直观地显示工件的圆度值及波峰数。这种控制仪还能选定在工件即将加工到尺寸之前或到尺寸之后测量圆度值。它与传统的圆度仪测量相比有以下优点：在加工现场就能反映出工件的圆度值，减轻了计量室检测的劳动负荷；对于一些影响到工件质量的突发情况能及时起到监控作用，如工件顶尖孔质量不良、毛坯件质量不好、加工到尺寸时仍有残余的硬皮、砂轮进给系统出现故障导致工件变形量大等；能直观地反映出机床运行的状况，从而缩短设备调整时间，提高工作效率。

3．主动量仪的应用

随着电子技术的飞速发展，以微机为标志的新技术的应用，使得主动量仪的性能和功能有了长足的进步，现代的主动量仪克服了过去只对单一尺寸、单一过程进行控制的限制，对产品检测的要求越来越严、越来越全面，在生产线上的应用也越来越广泛。对测量仪的功能、精度、稳定性等方面也提出了更高的标准，满足了人们对产品质量日益提高的要求。

(1)加工前测量

内径测量装置4通过驱动油缸8进入测量工位，对工件2进行内径测量。在砂轮进行磨削前，量仪已对毛坯件的内径尺寸进行了测量，如果毛坯件的尺寸过大或过小，控制仪将向机床发出信号，停止砂轮进给，以免事故的发生。

(2)加工中测量

这是常见的磨加工主动测量控制过程。这个过程主要是对工件尺寸进行控制。砂轮磨削工件时，随着工件尺寸的增大，控制仪根据预先设定的信号点给机床发出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信号，砂轮退出，完成对工件的磨削加工过程。在本例中，一天之内大多数的工件尺寸分散度为3～5μm。

(3)加工后测量

加工后的工件进入机后测量工位，由气动测头对工件的内径尺寸进行测量，并且定期通过标准校对规进行零位自动校对，通过A/E气电转换器将信号输出到控制仪，控制仪将根据工件尺寸的大小，分成五组(+NG、+OK、OK、-OK、-NG)，同时对尺寸变化的趋势进行判断，根据尺寸变化的倾向给加工中的控制仪6发出补调信号，使其零位发生变化，控制加工过程向好的方向发展。通过这种方式，