1 引言

      磨加工（gōng）主動測量技術有效地解（jiě）決了傳統磨削加工存在產品一致性較差、質量不穩定、加工效率低（dī）的問題[1-3]。磨加工主動測量儀是一種在線測量零件（jiàn）並能控製磨削進程的設備，廣泛應用於自動、半自動磨床。在磨削工作過程中主動測量儀始終進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製磨床的動作，實現工件的自動磨削。磨加工在線測量控製（zhì）過程，如圖1 所示[4]。

      磨削加工的對象大多為連續表麵特征的回轉（zhuǎn）類型零（líng）件，但也常會遇到具有（yǒu）斷續（xù）表麵特征的（de）零件，比如：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（dāng）遇到（dào）凹槽部位時，測量裝置的測頭進出凹槽時測得尺寸會發生（shēng）突（tū）變，測量值（zhí）的突變一方麵（miàn）會影響主動測量儀的測量精度（dù），另一方麵會引起主動測量儀的（de）誤判，導致（zhì）磨削加工（gōng）過程的（de）中斷。

      現有磨加工主動測量（liàng）儀對於測量（liàng）斷續（xù）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（yuán）手工設置。由（yóu）於實際加工零件表麵特征的複雜性和多樣性，其功能實現受到了限製（zhì）。因此，有必（bì）要研究斷續表麵（miàn）測量的實時數據軟件處理的方法，在保證測量的精度和效（xiào）率的基礎上，提高測量的靈活性和可操作性。

      為實現具有（yǒu）斷續特征零件（jiàn）的在線連續測量，根據（jù）不同的零件斷續特征表麵、加工條件、觸發控製方式等（děng）情況（kuàng），提（tí）出了斷續修正法和同期特征補償法兩種方法。通過兩種（zhǒng）方法的選擇和參數設定進行（háng）測量數據的自動處理，在斷續（xù）測量階段，舍棄（qì）無效的測量信息，自（zì）動完成補（bǔ）償或修正，從（cóng）而實現具有斷續（xù）表麵（miàn）特征零件磨削加工中的在線測量。可有效提高磨床對特殊（shū）幾何（hé）特征零件加工的柔性、適應（yīng）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（liàng）技術（shù）

      主（zhǔ）動測量（liàng）是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加工後主動測量兩種。前者是指（zhǐ）在加工的同（tóng）時測量工件（jiàn）的尺寸等，並立即按測量（liàng）所（suǒ）得信息（xī）調（diào）整加（jiā）工條件，以保（bǎo）證（zhèng）不斷加（jiā）工出合格工件；加工後主動（dòng）測量是指緊接在（zài）加工工序完畢後，在（或不在（zài））加工設備上全部或抽樣測量有關幾何參數（shù），並（bìng）立即按測量所得信息調整加工條（tiáo）件，以不斷（duàn）加工出合格工件。 

      磨加工主動（dòng）測量（liàng）儀主要包括測量裝（zhuāng）置、控製器和驅動裝置。主動測量儀（yí）對磨（mó）削過程進行主動實時測量，其采用的是比較式的測量監控方法。在磨削加工過程中，測量裝置始終（zhōng）監測著工件（jiàn）的尺寸（cùn）變（biàn）化，並實時將數據傳（chuán）遞給量儀[7-8]。控製器將根據操作人（rén）員設定的信（xìn）號點值和工件實際（jì）尺寸值實時判斷加（jiā）工（gōng）狀況，當實際尺寸值和給定（dìng）的信號（hào）點值相符時，測量控製器就會發出信號給機床（chuáng）PLC 控製（zhì）係統，機床隨即進行相應的動作，如改變砂輪轉速（sù）和進給速度等，從而（ér）改變加工狀態，形成完整（zhěng）的閉環控製，如圖2 所示。機（jī）床進給速度在不同階（jiē）段的優化，使加（jiā）工的表麵質量、緊密的尺寸控製及加工循環時間達（dá）到（dào）最佳效果。

      3 斷續表麵在線（xiàn）測量方法

      針對磨削具有斷續表麵特征的零件過程中，測量裝置測量值的突（tū）變會影響主動（dòng）測量儀的測量精度，引起控製（zhì）儀的動作（zuò）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在線測（cè）量方法（fǎ）。在磨削加工中（zhōng），控製程序調用相應的參數，當測量裝置測頭進出零件表麵凹槽時，對突變的（de）測量值進行相應的數據修正及補償處理，處理（lǐ）方法可根據零件幾何特征（zhēng）及功能要求選擇（zé）斷續修正法和同期特征補償法，從而實現在斷續表麵零件加（jiā）工中測量的連續性。在線測量數據處理流程，如圖（tú）3 所示。

      3.1 斷續修正法

      斷續修正法為根據（jù）每一個采樣周期後零件（jiàn）尺（chǐ）寸（cùn）的磨（mó）削變化量均等，將（jiāng）零件尺寸變化（huà）量與理論（lùn）切（qiē）削（xuē）量進行對比（bǐ），當測量裝（zhuāng）置（zhì）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輸出。當測頭進出凹（āo）槽時，零件尺寸發生快（kuài）速變化，凹槽內部的測量（liàng）數據均為（wéi）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（gōng）在線測量（以測量外徑為例（lì））時其尺寸變化線應（yīng）呈線（xiàn）性（xìng）遞減變化，因（yīn）此，可以通過差值補（bǔ）償（cháng）的方法將凹槽中的尺寸變化值修（xiū）正為正常加工零件的尺寸變化值，如圖5 所示。

      在線測量過（guò）程中，一般測量裝置連續采集n 次數據（jù）並進行平均濾波後，作為一次測量結果輸出，設定采集n 次數據所需時間（jiān）tv為一個（gè）采樣周期（qī）。在磨（mó）削加工（gōng）狀態（tài）及條件不變的情況下，一個（gè）采樣周期工件尺寸變化（huà）值（zhí）應為Δd，對應測量裝置電壓值變化為Δuv，即（jí）在經過每一個采（cǎi）樣周（zhōu）期後（hòu），零件尺寸的變化量相等。測量裝置（zhì）測得的電壓變（biàn）化線的斜率為

      3.2 同期特征補償法

      同期特征補償法根據觸發方式不同可分為：內部同期、自動同期、外部同期三種模式。同時（shí），根（gēn）據功能（néng）要求的不同，每種模式下可選擇三種數據輸出類型：最大值（zhí）輸出、最小（xiǎo）值輸出和P-P 值輸出，其中最大值輸出為同期內的最大值，一般（bān）用於外徑測（cè）量；最小值輸出為同期的最小值，一般用於內徑測量；P-P 值輸出（chū）為輸出同期內最大值和最小（xiǎo）值（zhí）之（zhī）間的差（chà）值，一般用於機後檢驗工件的形狀誤差。

      設判（pàn）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， 則為自動（dòng）同期；若Pfun_choice=3，則為外部同期（qī）。當操作者選擇內部同期時需要設定觸發時間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係統發出；數據輸出類型控製變量為Pvalue_choice。

      （1）內部同期（qī）。當采用內部同期時，根據觸發時間（jiān）Tri-time的設定，要求觸發時（shí）間（jiān）大於測（cè）頭進出（chū）凹槽所用時間。如圖6 所示。在該觸發（fā）時間段內進行測量數據的對比（bǐ），搜索測量（liàng）數據的特征值，由功能要求選擇特征值之一進（jìn）行補償替代（dài）作為測量結果輸出。當Pvalue_choice=1 時，輸出（chū）特征值最大（dà）值；當Pvalue_choice=2 時，輸出（chū）特征值最小值，當Pvalue_choice=3，用於檢驗工件的形（xíng）狀誤差輸出特征值的P-P 值；觸發周（zhōu）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。當采用自動同期時，設（shè）定觸發尺寸，將當前的（de）測得尺寸值adinput 和觸發尺寸tri_value 進（jìn）行比較（jiào），當（dāng）adinput>tri_value 時，在該期間對比搜索（suǒ）特征值（zhí），並根據功能要求選擇Pvalue_choice 值進行（háng）測（cè）量結果（guǒ）輸出（chū）。當adinput≤tri_value 時，觸發采集複位，重新開始搜索測量（liàng）數據的新（xīn）特征值，但此時輸出（chū）的為采集複位前的值。觸發尺寸值一般設定為-50μm，自動同期中凹（āo）槽的位（wèi）置應作為一（yī）個（gè）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數（shù）較（jiào）多的零件。

      （3）外部同期。當采用（yòng）外部同期時，接收外（wài）部機床觸發（fā）脈衝信號，如圖8 所示。兩個觸發脈衝上（shàng）升沿之間的（de）間隔為脈衝觸發周期T，在該周期內則（zé）進行測量數據的對比，搜索特征值，並根據Pvalue_choice 值的設定在第（dì）二（èr）個脈衝上升沿處進行（háng）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 斷續表（biǎo）麵測量實驗與分析

      在磨加（jiā）工主動（dòng）測量儀軟件（jiàn）係統二次開發的（de）基礎上，對具有斷續表麵的零件進行了（le）測量實（shí）驗。實驗裝置如圖（tú）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（cè）量（liàng）儀的設置（zhì）界麵中選擇同期特征補（bǔ）償法。狀態參數及信號控製點設定（dìng），如表1 所示（shì）。

      根（gēn）據各個磨削階段（包括粗磨、半精磨、精（jīng）磨、光磨、到尺寸）狀（zhuàng）態參數及特征參數的設定，在實際零件自動磨削（xuē）過程中，主動測量儀記（jì）錄了各個階段的零件尺寸變化的曲線圖，如圖10 所示。可見，加工狀態（tài）曲線光順，並（bìng）能夠（gòu）真實反（fǎn）應出不（bú）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（tè）征零件的在線測量是（shì）可行、有效的。通過（guò）進一（yī）步對具（jù）有其它斷（duàn）續特征的零件分別（bié）應用（yòng）斷續修（xiū）正法或同期特征補償法進行在線測量，實驗結果均證（zhèng）明（míng）了提出方法的（de）正確（què）性。

      5 結論

      通過在磨削加工前根據回轉類零件具有斷續表麵特征及磨（mó）削加工狀態設定相應的參數，並將參數保存在（zài）數據庫中（zhōng），當測量裝置（zhì）的測頭進出零件表麵凹槽時，可根據待加工的（de）回轉類零件上的凹槽（cáo）是否是周期性分（fèn）布在零件的周麵上而選擇斷續修（xiū）正法和同期特征補償法，對突變的測量尺寸值進行自動的數據修正及補（bǔ）償處（chù）理，從而實現在磨削（xuē）具有斷續表麵（miàn）特征零件的過程中，避（bì）免了測量控製儀的動作誤判及磨加工（gōng）中斷等問題。研（yán）究（jiū）成果提高了磨床對特殊幾（jǐ）何特征零件加（jiā）工的適應性和靈活性，對完善磨加（jiā）工主動測量（liàng）儀的功能提供了技術支持。