1 引言

      磨加工主動測（cè）量技術有（yǒu）效地解決了（le）傳統磨削加工存在產品一致性較差、質量不穩定（dìng）、加工效率低的問題[1-3]。磨加工主動測量儀是一種在線測量零件並（bìng）能控製磨削進程的設備，廣泛應用於自動、半自動磨床（chuáng）。在磨削工作過程中主動（dòng）測量儀始終進（jìn）行在線零件尺寸測量，並將其尺寸變化量隨時傳遞給控製器，再由控製設備發出信號控（kòng）製磨床的動作，實現工件的自動磨削。磨加工在線測（cè）量控製過程，如圖1 所示（shì）[4]。

      磨削加（jiā）工的對象大多為連續表麵特征（zhēng）的回轉類型零件，但（dàn）也常會遇到具（jù）有斷續表麵（miàn）特征的零件，比如：花鍵、齒輪、帶鍵（輪轂）槽的（de）軸（孔（kǒng））等，對這類零件（jiàn）進行在線磨加工過程中，當遇到凹槽部位（wèi）時（shí），測量裝置的測頭進出凹槽時測得尺（chǐ）寸會發生突變，測量值的突變一方麵會影響（xiǎng）主動（dòng）測量儀的（de）測量精度，另一方麵會引起主動（dòng）測量儀的誤判，導致（zhì）磨削加工過程的中斷。

      現有磨加工主動測量儀（yí）對於測量斷續表麵零件的處理方法。

      多（duō）采用硬件電路處理方（fāng）式，需要（yào）操作人員手工設置。由於實際加工零件（jiàn）表麵特征的複雜（zá）性和多樣性，其功能實現受到了限製。因此，有必要研究斷續表麵測量的實時數據（jù）軟件處理的方法，在保證測量的精度和效（xiào）率的基礎上（shàng），提高測（cè）量的靈活性和可操作性。

      為實現具（jù）有斷續特征零件的（de）在線（xiàn）連續測（cè）量，根（gēn）據不同的零件（jiàn）斷續特征（zhēng）表麵、加工條件、觸發控製方式等情況，提出了斷續修正法和同期特（tè）征補（bǔ）償法兩種方法。通過兩種方法的選擇和參數設定進行測（cè）量數據的自（zì）動處理，在斷續測量階段，舍棄無效的測量信（xìn）息，自動（dòng）完成補償或修（xiū）正，從而實現具有斷續表麵特征零件磨削加（jiā）工中的在線（xiàn）測量。可（kě）有效提高磨床對特殊幾何（hé）特征零件加工的柔（róu）性、適應性，並（bìng）能（néng）保證磨削加工中在線測量的準確性和（hé）可靠性（xìng）。

      2 磨加工主動測量技術

      主動（dòng）測量是（shì）加工過程中的一種自動測量，也稱在線測量。主動測量分為加工中主動測量和（hé）加工後主動測量（liàng）兩種。前者是指在加（jiā）工的同時測量工（gōng）件（jiàn）的（de）尺寸等（děng），並立即按測量所得（dé）信息調整加工（gōng）條（tiáo）件，以保證不斷加工出合格工件；加工後主動測量是指（zhǐ）緊接在加工工序（xù）完畢後，在（或（huò）不在（zài））加工設（shè）備上全部或抽樣測量有關幾何參數，並立即按測量（liàng）所得信息調整加工條件，以不斷加工出合格工件。 

      磨加工主動測量儀主要包括測量裝置（zhì）、控製器和驅動裝置。主動測量（liàng）儀對磨削過程進行主動（dòng）實時測量，其采用的是比較式的測量監控方法。在磨削加工過程中，測量裝（zhuāng）置（zhì）始終監測著工件的尺寸變化，並實（shí）時將數（shù）據傳遞給量儀[7-8]。控製（zhì）器將根據操作人員設定的信號點值和工件實際尺寸值實時判斷加工狀況，當實際尺寸值和給定的（de）信號點值相符（fú）時，測量（liàng）控製器就會發出信號給機床（chuáng）PLC 控製係統，機床隨即進行相應的動作，如改變砂輪轉速和進給速度等，從而改變加工狀態，形成完整的閉環控製，如圖2 所示。機床進給速度在不同階段的優化，使加工的表麵質量、緊（jǐn）密的尺寸控製及加工循環時間達到最佳效果。

      3 斷續表麵在線測量方法

      針（zhēn）對磨削具有斷續表麵特（tè）征的零件過程中，測量裝置測量（liàng）值的突變會影響主動測量（liàng）儀的測量（liàng）精（jīng）度，引起控製儀的動作誤判等問題，提出具有斷續表麵的回轉類零件（jiàn）磨削加工中的在線測量方法。在磨削（xuē）加工（gōng）中，控製程序調（diào）用相（xiàng）應的參數，當測量裝置測頭（tóu）進出零件表麵凹槽時，對突變的測量值（zhí）進（jìn）行（háng）相應（yīng）的數據修正及補償處理，處理方法可根據零件幾何特征及功能要求選擇斷續修正法（fǎ）和同期特征補償法，從而實現在斷續表麵零件加工中測量的連續性。在線測量數據處理流程，如圖3 所示。

      3.1 斷續修正法

      斷（duàn）續修正法為根據每一個采樣周期後零件尺寸（cùn）的磨削變化量均等，將零件尺寸變化量與理論切削（xuē）量進行對比，當測量裝置測頭進出鍵槽引起尺寸突變時，將該尺寸變化量直接修正為理論尺寸變化量（liàng）輸出。當測頭進出凹槽時，零件尺寸發生快速變化，凹（āo）槽內部的測量數據（jù）均為無效數據，對測量結果的計算無任何意義，如圖4 所示。正常的磨加工在線測（cè）量（liàng）（以測（cè）量外（wài）徑為例）時其（qí）尺寸（cùn）變化線（xiàn）應呈線性遞（dì）減變化（huà），因此，可（kě）以通過差值補償的方法將凹槽中的尺寸變化值修正為正常加（jiā）工零件（jiàn）的尺寸變化（huà）值，如圖5 所示。

      在線測量過程中，一般測量裝置連續采集（jí）n 次數據並進行（háng）平（píng）均濾波後，作為一次測量結（jié）果輸出，設定采集n 次數據（jù）所需時間tv為一個（gè）采（cǎi）樣周期。在磨削加工狀態及條件不（bú）變的情況下，一個采樣周期工件尺寸變化值應為Δd，對（duì）應測量裝（zhuāng）置電壓（yā）值變化為Δuv，即在經（jīng）過每一個采樣周期後，零件尺寸的變化（huà）量相等。測量裝置測得的電壓變化線的（de）斜率為

      3.2 同期特征補償法

      同期特征補償法根據觸發方式不同（tóng）可分為：內部同期、自動同期、外部同（tóng）期三種模式。同時，根（gēn）據功能要求的不同，每種模式下可選擇三種（zhǒng）數據輸出（chū）類型：最大值輸（shū）出、最小值輸出和P-P 值（zhí）輸出，其（qí）中最大值輸出為同期（qī）內的最大值，一般用於外徑測量；最小值輸出為同期（qī）的（de）最小值，一般用於內徑測量；P-P 值輸出為輸出同期內最大值和最小值之間（jiān）的差值，一般用（yòng）於機（jī）後檢驗工（gōng）件的形狀誤差。

      設判斷觸發方式控製變量為Pfun_choice，若Pfun_choice=1， 則為內部同期； 若Pfun_choice =2， 則為自（zì）動同期；若Pfun_choice=3，則（zé）為外部同期。當操作者選擇內部同期時需要設定觸發時間（jiān）Tri_time；選擇自動（dòng）同期時需要（yào）給定觸發尺寸值tri_value；選擇外部同期時（shí），觸發脈衝序列由磨床控（kòng）製係統發出；數據輸出類型（xíng）控製變量為Pvalue_choice。

      （1）內（nèi）部（bù）同期。當采用內部同期時（shí），根據觸發時間Tri-time的設定，要求觸發時（shí）間大（dà）於測（cè）頭進（jìn）出凹槽所用時間。如圖6 所示。在該（gāi）觸發時間段內進行測量數據的對比，搜索（suǒ）測量數據的特征值，由功能要求（qiú）選擇特（tè）征值之一進行補償替代作為測量結果輸出。當Pvalue_choice=1 時，輸（shū）出特征值最（zuì）大值；當Pvalue_choice=2 時，輸出特（tè）征值最小值，當Pvalue_choice=3，用於檢驗工件（jiàn）的形狀誤差（chà）輸出特征值的P-P 值；觸發周（zhōu）期的過程控製由觸（chù）發（fā）時（shí）間Tri_time 每次減少一個采樣周期實現。 

      （2）自動同期（qī）。當采用自動同期時，設（shè）定觸發尺寸，將當前的測得尺寸值adinput 和觸發尺寸tri_value 進（jìn）行比（bǐ）較，當adinput>tri_value 時，在該（gāi）期間對比搜索特征值，並根據（jù）功能要求選擇Pvalue_choice 值（zhí）進行測量（liàng）結（jié）果輸出。當adinput≤tri_value 時，觸發采集複位，重新開始搜索測（cè）量數據的新特征值，但此時輸出的為采集複位前的值。觸發尺寸值一（yī）般設定為-50μm，自動同期中凹槽的位置應作為一個複位點，達（dá）到複位點，將特征值清零，重新開始搜索（suǒ）特征值，如圖7 所示。該（gāi）觸發（fā）方式更適合於（yú）凹槽數較多的零件（jiàn）。

      （3）外部（bù）同期（qī）。當采用外部同期時，接收外部機床觸發脈衝信號，如圖8 所示。兩個觸發脈衝上升沿之（zhī）間的間隔為（wéi）脈衝觸發周期T，在該周期內則進行測量數據的對比，搜索特征值，並根據Pvalue_choice 值的設定在（zài）第（dì）二個脈衝（chōng）上升沿處進行相應特征值的輸出，否則，不進行任何操作，如此反複循環執行。

      4 斷續（xù）表麵測量實驗（yàn）與分析

      在磨加工主動測量儀軟件係（xì）統二次開發的基礎上，對具有斷續表（biǎo）麵的（de）零件進行了測（cè）量實驗。實驗裝置如圖9 所示。針對該待加工工件凹槽（cáo）具有周（zhōu）期性分布的特點，在主動測量儀的（de）設置界麵中選擇同期特征補償法。狀態參數（shù）及信號控製點設（shè）定，如表1 所示。

      根（gēn）據（jù）各個磨削階段（包（bāo）括粗磨、半（bàn）精磨、精磨、光磨、到尺寸）狀態參數及特征參數的設定（dìng），在實際零件自動磨削過程中（zhōng），主（zhǔ）動測量儀記錄了各個階段的（de）零件尺寸變化的曲線圖，如圖10 所示。可見，加工狀態曲線光順（shùn），並能（néng）夠真實反應出不同的磨削（xuē）狀態，所以采用文中提出的方法對具有斷續表（biǎo）麵特征零件的在線測（cè）量是可行、有效的（de）。通過進一步對具有其它斷續特（tè）征的零（líng）件分別應用斷續修正法或同期特征補償法進行在線（xiàn）測量，實驗（yàn）結果均證明了提出方（fāng）法的正確性。

      5 結論

      通過在磨削加工前根據（jù）回轉類零件具有斷續表麵（miàn）特征及（jí）磨削加工狀態設（shè）定相應的（de）參數，並將參數保存在數據庫中，當測量裝（zhuāng）置的測頭進出零件表麵凹槽時，可根據待加工的回轉類零件上（shàng）的凹（āo）槽是否是（shì）周期性分布在零（líng）件的周麵（miàn）上而選擇斷續（xù）修（xiū）正法和同期特征補償法，對（duì）突變的測量尺寸值（zhí）進行自動的數據修正及補（bǔ）償（cháng）處理，從而實（shí）現在磨削具（jù）有斷續表麵特征零件的過程中，避免了測量控製儀的動（dòng）作誤判及磨加工中斷等問題。研究成果提（tí）高了磨床對特殊幾何特征零件加工的適應性和靈活性，對完善磨加工主（zhǔ）動測量儀的功能提供了技術支持（chí）。