磨削加工過程中的主動測量儀控制與應用

>主動測量是指在機械加工過程中，由測量裝置始終測量著工件的尺寸，并將其尺寸變化量隨時傳遞給控制儀，再由控制儀發出信號(如粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號)控制機床的動作。由于它能使操作人員無需停機就能測量工件，減少了勞動強度，提高了生產效率，降低了廢品率，同時加工出的工件尺寸一致性較高，特別適應于在大批量流水線作業中使用，如汽車零部件、軸承零件的加工等。

　　1．主動測量儀的基本構成主動測量儀主要由測量裝置、驅動裝置、控制儀三部分組成。(1)測量裝置在砂輪磨削工件的過程中，裝置的兩個金剛石測子始終接觸工件表面，將工件直徑的變化量通過測子、杠桿，使得裝置中的磁芯和電感線圈的位置產生相對位移，從而將尺寸的變化轉換為電感量的變化。主動測量裝置俗稱測頭，起著把被測參數的變化量轉化為測量信號的作用，它是測量儀的主體。從結構原理上可以分為單點測量裝置和雙點測量裝置，單點測量裝置可以用于端面定位或者用兩個組合起來測量大的直徑等；雙點測量裝置可以測量外徑、內徑、槽寬、臺階寬等。(2)控制儀控制儀將裝置輸出的電感信號經過相敏整流、放大，發出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號給磨床控制系統，磨床控制系統接收到信號后控制機床的進給機構，從而達到控制工件尺寸的目的。控制儀是主動測量儀的重要部分，目前的控制儀已基本剔除了過去分離元件的電路，采用了集成電路，有些已用上了微處理機，對重復精度、長時間穩定性等性能均有極大提高。(3)油壓驅動裝置測量裝置的進退由油壓驅動裝置來帶動，工件安裝好后，砂輪快速前進，同時驅動油缸也帶動主動測量裝置進入測量工位。磨削到尺寸后砂輪快速退回，驅動油缸帶動主動測量裝置退出測量工位，以便于操作者裝卸工件。油壓驅動裝置是主動測量裝置與機床的連接部件，負責將裝置進入或退出測量工位，通過對前后微調機構的調整，可以使裝置的觸頭對準工件中心。目前的油缸有立式和臥式(根據機床的中心高來確定)。由以上三個部分組成的主動測量控制系統與機床控制系統組合就形成了磨加工過程中的主動測量。以用3個信號控制的磨削過程為例，從砂輪快速進給進入粗磨階段，P1點是從粗磨進給向精磨進給切換的信號點，P2點是從精磨進給向無火花磨削進給切換的信號點，P3點為到尺寸退刀信號點。機床控制系統從控制儀先后接收到這三個信號分別執行不同的動作，完成一個磨削循環。對于高精度磨削加工，一般可以將加工零件的尺寸分散度控制在2～3μｍ。近年來，工藝要求尺寸精度提高的同時，還要提高形狀精度，為此機床要求的控制信號點從3個增加到4個，甚至增加到5～6個點。

　　2．主動量儀的測量控制(1)對工件錐度的控制在汽車零部件的磨削加工中，尤其是如凸輪軸、曲軸等具有多個軸徑的工件，要求軸徑尺寸一致，不能產生較大的錐度，對于這樣的工件一般采用兩個外徑測量裝置，測量兩端軸徑，考慮到兩端的加工速度不一樣，通過控制磨削周期達到對尺寸和錐度的控制。外徑測量裝置通過控制儀分別控制工件兩端的尺寸，同時將測出的錐度值信號輸出到機床控制系統，用于控制砂輪的動作，完成對工件錐度的控制。(2)對工件橢圓的測量目前用于測量軸類零件橢圓度的主動量儀有兩類，較常見的一種是利用雙點式測量裝置直接測出工件的直徑，通過電氣演算計算出直徑差，作為橢圓度的評定數值；另一種是最新推出的利用單點測量法在加工過程中檢測工件的圓度(與圓度儀的半徑法測量原理相同)，通過對測得數據作出相應處理后，直接讀出工件的圓度值。①常用測量橢圓度的主動量儀雙點式測量裝置：內置兩個差動變壓器式傳感器，可對軸類零件進行主動測量。控制儀首先是控制軸徑尺寸，當工件外徑磨削接近規定的數值后，控制儀開始測量工件的橢圓度，利用峰值保持電路把測得的外徑最大、最小值經過數據處理，直接輸出橢圓度的大小；若橢圓度超差，將發出信號，由機床來控制橢圓度的修整。②新型在線圓度測量用主動量儀將日本東京精密生產的PULCOMV10系列控制儀與雙點式測量裝置配套使用，可以在測量工件直徑的同時，利用與圓度儀的半徑法相同的測量原理，用裝置的下觸頭直接測量工件的圓度。該量儀的信號反映速度為1ms，工件轉速在17～999rpm范圍內。旋轉一周，可以測量到60～3600個數據，通過屏幕可直觀地顯示工件的圓度值及波峰數。這種控制儀還能選定在工件即將加工到尺寸之前或到尺寸之后測量圓度值。它與傳統的圓度儀測量相比有以下優點：在加工現場就能反映出工件的圓度值，減輕了計量室檢測的勞動負荷；對于一些影響到工件質量的突發情況能及時起到監控作用，如工件頂尖孔質量不良、毛坯件質量不好、加工到尺寸時仍有殘余的硬皮、砂輪進給系統出現故障導致工件變形量大等；能直觀地反映出機床運行的狀況，從而縮短設備調整時間，提高工作效率。

　　3．主動量儀的應用隨著電子技術的飛速發展，以微機為標志的新技術的應用，使得主動量儀的性能和功能有了長足的進步，現代的主動量儀克服了過去只對單一尺寸、單一過程進行控制的限制，對產品檢測的要求越來越嚴、越來越全面，在生產線上的應用也越來越廣泛。對測量儀的功能、精度、穩定性等方面也提出了更高的標準，滿足了人們對產品質量日益提高的要求。(1)加工前測量內徑測量裝置4通過驅動油缸8進入測量工位，對工件2進行內徑測量。在砂輪進行磨削前，量儀已對毛坯件的內徑尺寸進行了測量，如果毛坯件的尺寸過大或過小，控制儀將向機床發出信號，停止砂輪進給，以免事故的發生。(2)加工中測量這是常見的磨加工主動測量控制過程。這個過程主要是對工件尺寸進行控制。砂輪磨削工件時，隨著工件尺寸的增大，控制儀根據預先設定的信號點給機床發出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號，砂輪退出，完成對工件的磨削加工過程。在本例中，一天之內大多數的工件尺寸分散度為3～5μm。(3)加工后測量加工后的工件進入機后測量工位，由氣動測頭對工件的內徑尺寸進行測量，并且定期通過標準校對規進行零位自動校對，通過A/E氣電轉換器將信號輸出到控制儀，控制儀將根據工件尺寸的大小，分成五組(+NG、+OK、OK、-OK、-NG)，同時對尺寸變化的趨勢進行判斷，根據尺寸變化的傾向給加工中的控制儀6發出補調信號，使其零位發生變化，控制加工過程向好的方向發展。通過這種方式，就可以使機床在長時間無人操作的情況下繼續穩定地進行工作。