1 引言

      磨加工主動測量技術有效地解決了傳統（tǒng）磨削加（jiā）工存在產品一致性較（jiào）差、質量不穩定、加工效率低的問題[1-3]。磨加工主動（dòng）測量儀是一種在線測量零（líng）件並能控製磨削進（jìn）程的設備，廣泛應用於自動、半自動磨床。在（zài）磨削工作過程中主動測量儀始終進行在線零件尺寸測（cè）量，並將其尺寸變化量隨時（shí）傳遞給控製（zhì）器，再由控製設備發出信號控製磨床的動作，實（shí）現工件的自動磨（mó）削。磨加工在（zài）線測量控製過程，如圖1 所示[4]。

      磨（mó）削加工的對象大多為連續表麵特征（zhēng）的回（huí）轉類（lèi）型零件，但也常會遇到具有斷續表麵特征的零件，比（bǐ）如：花鍵、齒輪、帶鍵（輪轂）槽的軸（孔）等，對這類零件進行在線磨加工過程中，當遇到凹槽部位時，測量裝置的測（cè）頭（tóu）進出凹槽時測得尺寸會發生突變，測量值的突變一方麵會影響主動測量（liàng）儀（yí）的測量（liàng）精度，另一方麵會（huì）引起（qǐ）主動測量儀的（de）誤（wù）判，導致（zhì）磨（mó）削加工過程的中斷。

      現有磨加工主動測量儀對於（yú）測量斷續表麵零件的處理方法。

      多采用硬件電路處理方式，需要操作人員手工設置。由於實際加工零件表麵特征的（de）複雜性和多樣性，其功能（néng）實現受到了限製。因此，有必要研究斷（duàn）續（xù）表麵測（cè）量的實時數據軟件（jiàn）處理的方法（fǎ），在保證測量的精度和效率的基礎上，提高測量的（de）靈（líng）活性和可操作性。

      為實（shí）現具有斷續特（tè）征零件的在線連續測（cè）量（liàng），根據不同的零（líng）件斷續特征表麵、加工條件、觸發控製方式等（děng）情況，提（tí）出（chū）了斷續修正法和同期特征補償法兩種方法。通過兩種方法的選擇和參數設定進行測量數據的自動（dòng）處理，在（zài）斷（duàn）續測量階段，舍棄無效的測量信（xìn）息，自動完成補償或修正，從而實（shí）現具有斷續表麵特征零件磨削（xuē）加工中的在線測量。可有效提高磨床對特殊幾何特征零件加工的柔性（xìng）、適應性，並能保證磨削（xuē）加工（gōng）中在線測量的準確性和可靠性。

      2 磨加工主動測量（liàng）技術

      主動測量是加工過程（chéng）中的一種自動測量，也稱在線測量。主動（dòng）測量分為加（jiā）工中主動（dòng）測量和（hé）加工後主動（dòng）測量兩（liǎng）種。前者是指在加工的同時測量工件的尺寸等，並立即按（àn）測量所得信息調整加工條件，以保證不斷加工出合格工件；加工（gōng）後主動測量是指緊接在加工工序完畢後，在（或不在）加工設備上全部或抽樣測量有關（guān）幾何參數，並立即按測量所得信息（xī）調整加工條件，以不斷加工出合格工件。 

      磨加工主（zhǔ）動測量儀主要包括測量裝置、控製器和（hé）驅動裝（zhuāng）置。主動（dòng）測量儀對磨削過程（chéng）進行主動實時測量，其（qí）采用的是比較式的測量監控方法。在磨（mó）削加工過程中，測量裝（zhuāng）置始終監測著工件的尺寸變化，並實時將數（shù）據傳遞（dì）給量儀[7-8]。控製器將根據操作人員設定的信（xìn）號點值和工件實際尺寸值實時判（pàn）斷加工狀況，當實際尺寸值和給定的信號點值相符時，測量控製器（qì）就會發出信號給機床PLC 控製係統，機（jī）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（gǎi）變加工（gōng）狀態（tài），形成完整的閉環控製，如圖2 所示。機床（chuáng）進給速度在（zài）不同階段的優化（huà），使加工的表麵質量、緊密的尺寸控製及加工循（xún）環時間達到最佳效果。

      3 斷續（xù）表麵在線測量方（fāng）法

      針對磨削具有斷續表麵特征的零件過（guò）程中，測量裝置（zhì）測量值的突變會（huì）影響主動測量儀的（de）測量精度（dù），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（lèi）零件磨（mó）削加工中的在線（xiàn）測量方法。在磨削加（jiā）工中，控製程序調用相應的參數，當測量裝（zhuāng）置測頭進（jìn）出零件（jiàn）表（biǎo）麵凹槽時，對（duì）突變的測量值進行相應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（néng）要求選擇（zé）斷續修正法和同期（qī）特征補償法，從而實現在（zài）斷續表麵零件加工中測量（liàng）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

      斷續修正法為根據每一個（gè）采樣周期後零件尺寸（cùn）的磨削（xuē）變化量均等，將零件（jiàn）尺寸變化（huà）量與理論切削量進行對比，當測量裝置測頭進出鍵槽引（yǐn）起尺寸突變時，將該（gāi）尺寸變化量直接修正為理論（lùn）尺寸變化量輸出。當測頭進出凹槽時，零件尺寸發（fā）生快速變化（huà），凹槽內部的測量數據均（jun1）為無效數據，對測量結果的計算無任何意（yì）義，如圖4 所示。正（zhèng）常的磨加工在線測（cè）量（以測量外徑為例）時其尺寸變化線應（yīng）呈（chéng）線性遞減變化，因此，可以通過差值補償的方（fāng）法將凹槽中的尺寸變化值修正為正常加工零件的尺寸（cùn）變化值，如圖5 所示。

      在線測量過程（chéng）中，一般（bān）測量裝置連續采集n 次數據並進行平均濾波後，作為一次測量結果輸出，設定采集（jí）n 次（cì）數據所需時間tv為一（yī）個采樣周期。在磨削加（jiā）工狀態及條件不（bú）變的情況下，一個采樣周期工件（jiàn）尺寸變（biàn）化值應為Δd，對應測量裝置電壓值變化為Δuv，即在經過每一個采樣（yàng）周期後，零件尺寸的（de）變化量相等。測量裝置（zhì）測得的電壓變化線的斜率為

      3.2 同期特征補償法

      同期特（tè）征（zhēng）補償法根據觸（chù）發方式不同可分（fèn）為：內部同期（qī）、自動（dòng）同（tóng）期（qī）、外部（bù）同期三種（zhǒng）模式。同時，根據功能要求的不同，每種模式下可選擇三種數據輸出類型：最（zuì）大值輸出、最小值輸出和P-P 值（zhí）輸出，其中（zhōng）最大值輸出為同期內的（de）最（zuì）大值，一般用於外徑測量；最小值輸出（chū）為同期（qī）的最小值，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（de）差值，一般用於機後檢驗工件的（de）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（nèi）部同期（qī）； 若Pfun_choice =2， 則為自動同期；若Pfun_choice=3，則為外（wài）部同（tóng）期。當操作者選擇內部同期時需要設定觸發時間（jiān）Tri_time；選擇自動同期時需要給定觸發尺寸值tri_value；選擇外部同期時，觸發脈衝序列由磨床控製（zhì）係統發出；數據輸出類型（xíng）控製變量為Pvalue_choice。

      （1）內部同期。當采用內部同期時，根據觸發時間Tri-time的設定，要求觸發（fā）時（shí）間大於測頭進出凹槽所用時間。如圖6 所示。在該觸發時間段內進行測量數據的對比，搜索測量數（shù）據的特征值，由功能要求選擇特征值之一進行補償替（tì）代作（zuò）為測量結果輸（shū）出。當Pvalue_choice=1 時，輸出特征值最大值；當Pvalue_choice=2 時，輸出特征值最小值，當Pvalue_choice=3，用於檢驗工件的形狀誤差輸出特征值的P-P 值；觸發周期（qī）的過程（chéng）控製由觸發時間Tri_time 每次減少一個采樣周（zhōu）期（qī）實現。 

      （2）自動同期。當采用自動同期時，設定觸發尺寸，將當（dāng）前的測得尺寸值adinput 和觸發尺（chǐ）寸（cùn）tri_value 進行比較，當adinput>tri_value 時，在該期間對比搜（sōu）索特征值，並（bìng）根據功能要求選擇Pvalue_choice 值進行測量結果輸出。當（dāng）adinput≤tri_value 時，觸發采集複位（wèi），重新開始搜索測量數據的新特征值，但（dàn）此時輸出的為采（cǎi）集複位前的值。觸發尺寸值一般設定為（wéi）-50μm，自動同期（qī）中凹（āo）槽的位置應作為一個複位點，達到（dào）複位點，將特征（zhēng）值清零，重新開（kāi）始搜索特征值，如圖7 所示。該觸（chù）發方式更適合於凹（āo）槽數較多的（de）零件。

      （3）外部同期。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間的（de）間隔為脈（mò）衝觸發周期T，在（zài）該周期內則（zé）進行測量數據的對比，搜索特征值，並根據Pvalue_choice 值（zhí）的設定在第二個脈衝上升（shēng）沿處進（jìn）行相應特征值的（de）輸出，否則，不進（jìn）行任何操作，如此反複循環執行。

      4 斷續（xù）表麵測量實（shí）驗與分析

      在磨加工主動測量儀軟件係統二次開發的基礎上，對具有（yǒu）斷續表麵（miàn）的零件進行（háng）了測量實驗（yàn）。實驗裝置如圖9 所示。針（zhēn）對該待加工工件（jiàn）凹槽具有周期性分布的特點，在主動測量儀的設置界麵中選擇（zé）同期特征補償法。狀態參數及信號控（kòng）製點設定，如（rú）表1 所示。

      根（gēn）據各個磨削階（jiē）段（包括粗（cū）磨、半精磨、精磨、光（guāng）磨（mó）、到尺寸）狀態（tài）參數及特征參數的設定（dìng），在實際（jì）零件自動磨削過程中，主動測量儀記錄了各個階（jiē）段的零件尺寸變化的曲（qǔ）線圖，如圖10 所示。可見，加工狀態曲線光（guāng）順，並（bìng）能夠真實反應出不同的磨削狀態，所以采用文中提出的方法對具有斷續表麵（miàn）特征零件的在線測量是可行、有效的。通過進一步對具有其它斷續特征的零件分別（bié）應用（yòng）斷續修正法或同（tóng）期特征補償法進行在線測量，實驗結果均證明了提出方法的正（zhèng）確性。

      5 結論

      通過在磨削加工前根（gēn）據回轉類（lèi）零件具有斷續表麵特征及磨削加工狀（zhuàng）態設定相應的參（cān）數，並將參數保存在數據庫中，當測量裝置的測頭進出（chū）零件表麵凹槽時，可根據待加工的回轉類零件上的凹（āo）槽是否是周期性分布在零件的周麵（miàn）上而選擇（zé）斷續修正法和（hé）同期特征補償法，對突變的測量尺寸值（zhí）進行自動的數據修正及補償處理，從而實（shí）現在磨（mó）削（xuē）具有斷（duàn）續表麵特（tè）征零件的過（guò）程中，避（bì）免了（le）測量控製（zhì）儀的動作誤判及磨加工中（zhōng）斷等問題。研究成果提高了磨床對特（tè）殊幾何特征零件加工的適應（yīng）性和靈活（huó）性，對完（wán）善磨加工（gōng）主動測量儀的功能提供了技術（shù）支持。