實時測量和控制磨削過程

 在實現(xiàn)高精度、高質(zhì)量、高效率的零部件加工中，測量技術(shù)起著非常重要的作用。在工件的磨削加工中，由于砂輪會產(chǎn)生磨損，因此依靠磨床本身來控制工件的加工精度是很難實現(xiàn)的。采用主動量儀對磨削過程進(jìn)行主動實時測量，是磨床加工過程中的重要環(huán)節(jié)。

    隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，測量技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。以微處理器為基礎(chǔ)，以大規(guī)模集成電路為標(biāo)志的測量設(shè)備，已在大量引進(jìn)和推廣應(yīng)用，它們給機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，并帶來很大的效益。但同時，由于它們的先進(jìn)性、復(fù)雜性和智能化高的特點，在維修理論、技術(shù)和手段上也提出了更高的要求。

    一汽—大眾汽車有限公司發(fā)動機(jī)傳動器廠對于主動測量技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，由于我廠的主要設(shè)備和生產(chǎn)線是從德國引進(jìn)的，因此大部分在線測量設(shè)備也隨生產(chǎn)線同時引進(jìn)，且基本上實現(xiàn)了全自動化。例如，曲軸生產(chǎn)線引進(jìn)的MARPOSSP7測量儀不僅具有在線測量、砂輪平衡、砂輪修整、噪音檢測等多種功能，而且還具有砂輪消空程、防碰撞功能。該設(shè)備性能穩(wěn)定、測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)，所采用的UNIMAR測頭結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特、堅固耐用，因此P7在加工精度要求較高的磨床中得以廣泛應(yīng)用。另外，我廠應(yīng)用的主動量儀還有中原精密量儀、德國KOMEG量儀、MARPOSSE3C、E3U、E40、E5N等。

    主動量儀的測量原理

    主動量儀采用的是比較式的測量監(jiān)控方法，即在機(jī)械加工過程中，測量裝置始終監(jiān)測著工件的尺寸變化，并實時將數(shù)據(jù)傳遞給量儀，量儀根據(jù)已設(shè)定好的參數(shù)（粗磨、精磨、光磨、到尺寸等）發(fā)出信號給機(jī)床PLC控制系統(tǒng)，機(jī)床隨即進(jìn)行相應(yīng)的動作，如改變砂輪的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度等，從而形成完整的閉環(huán)控制（圖1）。當(dāng)然，在該閉環(huán)回路工作前，必須對工件進(jìn)行零位校準(zhǔn)，而且，還要對磨削加工完的工件抽取樣件進(jìn)行測量，得出實際值和理論值的差別，并在量儀上給予參數(shù)補(bǔ)償。

    影響主動測量的因素

    1、主軸擺差

    主軸擺差決定所加工零件的尺寸精度，因為主動量儀所采集數(shù)據(jù)一般外徑采集最小值，內(nèi)徑采集最大值，主軸擺差過大會使工件外形產(chǎn)生不規(guī)則變化，量儀所測得的數(shù)據(jù)也會發(fā)生變化，因此要求主軸擺差越小越好。

    2、砂輪平衡

    砂輪平衡對加工精度有著重要的影響。一般質(zhì)量大的砂輪在安裝之前需要做靜平衡，對精度要求較高的工藝加工需要對砂輪做動平衡，我廠曲軸磨床采用意大利MARPOSS公司生產(chǎn)的最新產(chǎn)品P7來實現(xiàn)砂輪動平衡。

    3、測頭觸點

    測頭觸點一般采用金剛石或硬質(zhì)合金材料制造，在生產(chǎn)中觸點會逐漸磨損，當(dāng)磨損到一定程度（由球形變?yōu)楸馄綘睿�時，需要及時更換。另外，有時合金頭也會脫落，這在維修中也是應(yīng)考慮到的因素。

    4、工件定位

    主動測量對于被加工工件的定位精度有著很好的要求，如果定位出現(xiàn)偏差，將會對主動量儀的校準(zhǔn)產(chǎn)生影響。

    5、傳感器重復(fù)性

    這是影響測量精度的重要因素，因為主動測量反饋給CNC數(shù)據(jù)，CNC根據(jù)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行砂輪修整或者自動補(bǔ)償，例如曲軸主軸徑和曲拐徑磨床即根據(jù)量儀反饋數(shù)據(jù)實現(xiàn)砂輪修整；凸輪軸軸徑磨床MARPOSS產(chǎn)品E3C采用加工后測量，測量數(shù)據(jù)反饋給NC實現(xiàn)自動補(bǔ)償。

    6、倍率

    傳感器倍率也是影響測量精度的重要因素，倍率必須符合1:1關(guān)系，即尺寸實際變化量與量儀測得變化量的比值必須等于1，否則測得的數(shù)據(jù)將不能反映工件的實際尺寸。

    7、其他因素

    除了上述幾種主要影響因素外，機(jī)床的振動、乳化液噴嘴位置、乳化液流量、測量裝置驅(qū)動缸、傳感器測力的大小等也都是影響主動測量的因素。

    典型應(yīng)用

    以曲軸生產(chǎn)線MARPOSSP7測量儀為例，簡要介紹一下P7測量儀的平衡功能、砂輪消空程和防碰撞功能以及測量功能。

    1、平衡功能

    圖2所示，砂輪主軸內(nèi)安裝有平衡電機(jī)，主軸箱附近安裝有振動傳感器，在加工過程中P7量儀采集振動傳感器測得的振動量，再通過與量儀內(nèi)部設(shè)定參數(shù)進(jìn)行對比發(fā)出指令給平衡電機(jī)，平衡電機(jī)接收來自P7指令進(jìn)行不同方向旋轉(zhuǎn)，使砂輪達(dá)到動態(tài)平衡。

    2、砂輪消空程和防碰撞功能

    圖3所示，砂輪端安裝聲納傳感器，其功能是采集砂輪噪聲信號。在加工過程中，砂輪快速運行到工件附近，聲納傳感器采集噪聲信號輸入給P7量儀，此信號與P7內(nèi)設(shè)定參數(shù)（GAP和CRASH）進(jìn)行比較，若信號幅度大于GAP參數(shù)設(shè)定值，則P7輸出消空程信號給PLC，PLC接收此信號控制進(jìn)給軸由快速轉(zhuǎn)為慢速，即由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。此功能降低生產(chǎn)節(jié)拍，提高工作效率。若信號幅度大于CRASH參數(shù)設(shè)定值，則P7輸出一碰撞信號給PLC，PLC接收此信號控制進(jìn)給軸暫停進(jìn)給或退回，同時PLC給出報警信息告知砂輪發(fā)生碰撞。

    3、測量功能

    圖4所示，磨削過程中，傳感器采集工件尺寸數(shù)據(jù)輸入給P7量儀，此數(shù)據(jù)實時與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，通常P7設(shè)定4個信號，即粗磨、精磨、光磨、到尺寸信號，采集到的數(shù)據(jù)通過與這4個設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到某一信號設(shè)置點時，P7輸出相應(yīng)控制信號給PLC，PLC接收此信號控制進(jìn)給速度或砂輪轉(zhuǎn)速等，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

    常見問題及處理辦法

    主動測量所采用的量儀種類不同，在實際應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題也不盡相同。本文僅就我廠使用的幾種量儀所出現(xiàn)的問題加以分析解決。

    1、加工前測量

    曲軸止推面加工中采用MARPOSSE3U量儀進(jìn)行測量，曾出現(xiàn)測頭無收張動作的問題。此時，應(yīng)首先考慮測頭內(nèi)部收張線圈是否斷路、測力是否過大、測頭內(nèi)部彈性體是否折斷，如這些部位均未出現(xiàn)異常，再檢查控制測頭收縮的驅(qū)動板上保險是否斷路，必要時更換此驅(qū)動板。

    2、加工中測量

    曲軸主軸徑磨削加工采用MARPOSSE40量儀，此量儀使用5個測頭分別對各個直徑尺寸進(jìn)行實時測量，經(jīng)常會出現(xiàn)測量不準(zhǔn)確的問題，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)砂輪修整頻繁，加工尺寸不穩(wěn)定。解決這個問題應(yīng)首先考慮每個測頭的測力（即觸點與工件接觸力）大小，一般測力過小會導(dǎo)致測量不準(zhǔn)，而測力過大會對零件表面產(chǎn)生劃痕，然后要考慮觸點是否圓滑，觸點不宜過平，一般為半圓型。另外，對于傳感器倍率的檢查，應(yīng)先將測頭搭到樣件上，用塞尺塞到觸點下，觀察量儀傳感器數(shù)值變化，若變化量與塞尺值一致，證明此傳感器倍率準(zhǔn)確，否則需要調(diào)整傳感器BUFFER中電位器，使其達(dá)到倍率要求，若無法達(dá)到，就需要更換傳感器。

    3、加工后測量

    凸輪軸軸徑磨削采用MARPOSSE3C量儀，經(jīng)常會出現(xiàn)E07、E08、E09報警等問題：E07報警說明校準(zhǔn)故障，可以對測頭機(jī)械調(diào)零，然后電氣校零，該故障會消除；E08、E09報警說明編程錯誤，可以進(jìn)入編程模式對參數(shù)檢查看是否有錯誤之處，有時電池電量低就會出現(xiàn)此故障，因此保護(hù)ROM程序的電池需要定期更換。