1 引（yǐn）言

      磨加（jiā）工主動測量技術有效地解決了傳統磨削（xuē）加工存在產（chǎn）品一致性較差、質量（liàng）不穩定、加工效率低的問題[1-3]。磨（mó）加工主動測量儀（yí）是一種在線測量零件並能控製磨（mó）削進程的設備，廣（guǎng）泛應用於自動、半自動磨（mó）床。在磨削工作過程中主動測量儀始終進（jìn）行在（zài）線零件尺寸測量，並將其尺寸變化量隨時傳遞給（gěi）控（kòng）製器，再由控（kòng）製設備發（fā）出（chū）信號控製磨床的動（dòng）作（zuò），實現工件的自動（dòng）磨削。磨（mó）加（jiā）工在線測量控製過程，如圖1 所示[4]。

      磨削加工的對象大多為連續表麵特征（zhēng）的回（huí）轉類型零件，但（dàn）也常（cháng）會遇到具有斷續表麵特征的零件，比如：花（huā）鍵、齒輪、帶鍵（jiàn）（輪轂）槽的軸（孔）等，對這類零件進行在線磨加工過（guò）程中，當遇到凹槽（cáo）部位時，測量裝置的測頭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儀的測量精度，另一（yī）方麵會引（yǐn）起主動測量儀的誤判，導（dǎo）致（zhì）磨削加工過程的中斷。

      現有磨（mó）加工主動（dòng）測量儀對於測量斷續表（biǎo）麵零件的處理（lǐ）方（fāng）法（fǎ）。

      多采用（yòng）硬件電路（lù）處理方式，需要操作人員手工設置（zhì）。由於實際加工零件表麵特征的複雜性和多樣性，其功能（néng）實現受到了限製。因此，有必要研究斷續表麵測（cè）量（liàng）的實（shí）時數據軟件處（chù）理的方法，在保證測量的精度和效率的基礎上，提高（gāo）測量的靈活性和可操作性。

      為實現具有斷續特征零件的在線連續測量（liàng），根據不同（tóng）的零件（jiàn）斷續特征表（biǎo）麵、加工條（tiáo）件（jiàn）、觸發控（kòng）製方式等情（qíng）況，提出了斷續修正法和（hé）同期特征（zhēng）補償法兩種方法。通過兩（liǎng）種方（fāng）法的選擇（zé）和參數（shù）設（shè）定進行測量（liàng）數據的自動處（chù）理，在斷續測量階（jiē）段，舍（shě）棄（qì）無效的測量信息（xī），自（zì）動完成補償或修（xiū）正，從而實現具有（yǒu）斷續（xù）表麵特（tè）征零件磨削（xuē）加工中的在線測量。可（kě）有效提高（gāo）磨床對特殊幾何特征零件加工的柔性、適應性，並能保證磨削加工中在線測量的準確性和可靠性。

      2 磨加工主動測量技術

      主動測量是加工過程中的一種（zhǒng）自動測量，也（yě）稱在線測量。主動測量分為加工中主動測量和加工後主動測量兩種。前者是指在加工的同時測量工件的尺寸等，並立即按測量所得信息調整加工條件，以保證（zhèng）不斷加工（gōng）出合格工件；加工（gōng）後主動測量是指（zhǐ）緊接在加工工序完（wán）畢後（hòu），在（或不在）加工設（shè）備上全部（bù）或抽樣（yàng）測量有關幾何參數，並立即（jí）按測量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（liàng）儀主要包括（kuò）測量裝置、控製器和驅動裝置。主動測量儀對磨削過程進行主動實時測（cè）量，其采用的（de）是比較式的測（cè）量監控方（fāng）法。在磨削（xuē）加工（gōng）過程中，測量裝置始終監測著工件的尺寸變（biàn）化，並實時將數據傳遞給量儀（yí）[7-8]。控製器將根據操（cāo）作人員設定的信號點值（zhí）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信號點（diǎn）值相（xiàng）符時，測量控製器就會發出信號給機床PLC 控（kòng）製係統，機床隨即進（jìn）行相應的動作，如改變（biàn）砂輪轉速和（hé）進給速度等，從而改變加工狀態，形成完整的閉環控製，如圖（tú）2 所示。機床（chuáng）進給速度在不同階段的優化，使加工的表麵質量（liàng）、緊密（mì）的尺寸控製（zhì）及加工循環時間達到最佳效果。

      3 斷續表麵（miàn）在（zài）線測量方法

      針對磨削具（jù）有（yǒu）斷續表麵特征（zhēng）的零件過程中，測量裝置測量值的突變（biàn）會（huì）影響主動測量儀的測量精度，引（yǐn）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磨削加工中的（de）在線測量方法。在磨（mó）削加工中，控製程序調用相應（yīng）的參數，當測量裝置測頭進出零件表麵凹槽時，對突變的測量值進行（háng）相應的數據（jù）修正及補償處（chù）理，處（chù）理方法可根據零件幾何特（tè）征及功（gōng）能要求選（xuǎn）擇斷（duàn）續修正法和同期特（tè）征補償法，從而實（shí）現在（zài）斷續表麵零件加工中測量的連續性。在線測量數（shù）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（yī）個采（cǎi）樣周期後零件尺寸的磨削變（biàn）化量均等，將零件尺寸變化量與理（lǐ）論切（qiē）削量（liàng）進行對比，當測量裝置（zhì）測頭進出鍵槽引（yǐn）起尺寸突變時，將該尺寸（cùn）變化量直接修正為理論尺（chǐ）寸變化量輸出。當測（cè）頭（tóu）進出凹槽時（shí），零件（jiàn）尺寸發生快速變化，凹槽內部的測（cè）量數據均為無（wú）效數據，對測量結（jié）果的計算無任（rèn）何意義，如圖4 所示。正常的磨加工在線測量（以測量外徑為例）時其尺寸變化線應（yīng）呈線性遞減變化，因此，可以通過（guò）差值補償的方法將凹槽中的尺寸變化值修正為正常加工零件的尺寸變化值，如圖5 所示。

      在線測量過程中，一般測量裝（zhuāng）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n 次數據所需時（shí）間tv為（wéi）一個采樣周期。在磨削加工狀態（tài）及條件不變的情況下，一個采樣（yàng）周期（qī）工件尺寸（cùn）變化值應為Δd，對應測量裝置電壓值變化為Δuv，即在經過每一個采（cǎi）樣周期（qī）後，零件尺寸的變化量相等。測（cè）量裝置測得的電壓變化線的斜率為

      3.2 同期特征補償法（fǎ）

      同期特征補償法根據觸發方式（shì）不同可分為：內部同期、自動同（tóng）期、外（wài）部同期三種模式。同時，根據（jù）功能要求的不同，每（měi）種模（mó）式下可（kě）選擇三種數據輸出類型：最大值輸出、最小值輸出和P-P 值輸出，其（qí）中最大（dà）值輸出為同期（qī）內的最大（dà）值，一般（bān）用於外徑測量；最小值輸（shū）出為同期的最小（xiǎo）值，一般用於內徑（jìng）測量；P-P 值輸出為輸出（chū）同期（qī）內最大值和最小值之間的差值，一般用於機後檢驗工件的形狀誤（wù）差。

      設判斷觸發方式控（kòng）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，則為外部同（tóng）期。當操作者（zhě）選擇（zé）內部同期時需要設（shè）定觸發時間Tri_time；選擇自動同期時需（xū）要給定（dìng）觸發（fā）尺寸值tri_value；選擇外部（bù）同（tóng）期時，觸發脈衝序列由磨床（chuáng）控製係統發出；數據輸出類型控（kòng）製變量為Pvalue_choice。

      （1）內部同期。當采用內部同期時，根（gēn）據觸發時間Tri-time的（de）設定，要求觸發時間大於測頭進出凹槽所用時間。如圖6 所示。在該觸發時（shí）間（jiān）段內（nèi）進行測量數據的對比，搜索（suǒ）測量數據的特征值，由功能要求選擇特征值之一進行補償替代（dài）作為（wéi）測（cè）量結果輸出。當Pvalue_choice=1 時，輸（shū）出特征值最大值；當Pvalue_choice=2 時，輸出特征值最小值，當（dāng）Pvalue_choice=3，用於（yú）檢驗工件（jiàn）的形狀誤差（chà）輸出特（tè）征（zhēng）值的P-P 值；觸發周期的過程控製由觸發時間Tri_time 每次減少一個采樣周期實現。 

      （2）自動同期。當采用自（zì）動同期時，設定觸發尺寸，將（jiāng）當前的（de）測得尺寸值adinput 和觸發尺寸tri_value 進行比較，當adinput>tri_value 時，在該期間（jiān）對比搜索特征值，並根據功能要求選擇Pvalue_choice 值進行測量結果輸出。當adinput≤tri_value 時，觸發采集（jí）複位，重新開始搜索測量數據的新特征值，但（dàn）此時輸出的為采集複位前的值。觸發尺寸值（zhí）一般設定為-50μm，自動同（tóng）期中凹槽的位置應作為一個複位點，達到複位點，將特征值清零（líng），重新開始搜索特征值，如圖7 所示。該觸發方式更適合於凹槽（cáo）數較多（duō）的零件。

      （3）外部（bù）同期。當采用外部（bù）同期時，接收（shōu）外部機床觸發脈衝信號，如（rú）圖8 所（suǒ）示。兩個觸發（fā）脈衝上升沿之間的間隔為（wéi）脈衝觸發周期（qī）T，在該周期（qī）內則進（jìn）行測量數據（jù）的對比，搜索特征值，並根據（jù）Pvalue_choice 值的設定在第二個脈衝上升沿處進行相應特（tè）征值的輸出，否則，不進行任何操作，如此反複循環執行。

      4 斷續表麵測量實驗與分析

      在磨加工主動（dòng）測量儀軟件係統二次開發（fā）的基礎上，對具有斷（duàn）續表麵的零件進行了測量實驗。實驗（yàn）裝置如圖9 所示。針對該待加工工件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同期特征補償法。狀態參數及信（xìn）號控製點（diǎn）設定，如表1 所（suǒ）示。

      根據各個磨削階段（包括粗磨、半精磨、精磨、光磨、到尺寸）狀態參數及特征參數的設定，在實（shí）際零件自動磨削過（guò）程中，主動測量儀（yí）記錄了各個階段的零件尺（chǐ）寸變（biàn）化（huà）的曲線圖，如圖10 所示。可見，加工狀態曲線光順，並能夠真實反應出不同的磨削狀態，所以采用文中提出的方（fāng）法對具有斷續表麵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應用斷續修正法或同期特征補償法進行在線測量，實驗結果均（jun1）證明了提出（chū）方法的正（zhèng）確性。

      5 結（jié）論

      通過在（zài）磨削加工前根據回轉類零件（jiàn）具有斷續表麵特征及磨削加工狀態設定相應的參數，並將參數（shù）保存在數據庫中，當測量裝置的測頭進出零件表麵凹槽時，可根（gēn）據待加（jiā）工的回轉類零件上的凹槽是否是周期性分布在零件的周麵（miàn）上而選擇斷續修正法和（hé）同期特征補償法，對突變的（de）測量尺寸值進行（háng）自動的數據修正及補償處理，從而（ér）實現在磨削具有斷續表麵（miàn）特征零（líng）件的過程中（zhōng），避免了測量控製儀的動作誤判（pàn）及磨加工中（zhōng）斷等問題。研究（jiū）成果提高了磨床對（duì）特殊幾何特征零件加工的適應性和靈活性，對完善（shàn）磨（mó）加工（gōng）主動測量儀的功（gōng）能提供了技術支（zhī）持。