摘要 傳動(dòng)誤差主要指傳動(dòng)鏈的制造精度與傳動(dòng)間隙，采用數(shù)控系統(tǒng)軟件誤差補(bǔ)償方法，可以在機(jī)床的機(jī)械部分不作任何改進(jìn)的情況下，使其總體精度明顯進(jìn)步。由于磨粒的鈍化，砂輪表面被堵以及砂輪外形失真，因此實(shí)時(shí)檢測(cè)砂輪狀態(tài)并及時(shí)修整，對(duì)保證磨削質(zhì)量意義重大。

      關(guān)鍵詞 磨床 傳動(dòng)誤差 砂輪檢測(cè) 砂輪修整

      中圖分類號(hào) TH161+.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

      一、前言

      磨削加工中，砂輪的磨損狀態(tài)是影響磨削質(zhì)量的一個(gè)主要因素。砂輪在磨削過程中，磨粒逐漸磨鈍而失往切削能力，若繼續(xù)磨削，就會(huì)增加砂輪與工件之間的摩擦而發(fā)熱，磨削質(zhì)量將明顯下降。這主要是由于磨粒的鈍化，砂輪表面被堵以及砂輪外形失真所致，因此實(shí)時(shí)檢測(cè)砂輪狀態(tài)并及時(shí)修整，對(duì)保證磨削質(zhì)量意義重大。

      二、傳動(dòng)誤差及補(bǔ)償技術(shù)

      傳動(dòng)誤差主要指傳動(dòng)鏈的制造精度與傳動(dòng)間隙，采用數(shù)控系統(tǒng)軟件誤差補(bǔ)償方法，可以在機(jī)床的機(jī)械部分不作任何改進(jìn)的情況下，使其總體精度明顯進(jìn)步。精度軟件誤差補(bǔ)償技術(shù)對(duì)進(jìn)步數(shù)控機(jī)床的精度有兩方面的意義，一是與制造精度的進(jìn)步相結(jié)合，使數(shù)控機(jī)床的總體精度上升一個(gè)新的臺(tái)階。二是在機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)實(shí)施軟件誤差補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的機(jī)床精度升級(jí)。

      1.齒隙誤差補(bǔ)償原理

      齒隙補(bǔ)償又稱反向間隙補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變轉(zhuǎn)向（如工作臺(tái)改變移動(dòng)方向，旋轉(zhuǎn)軸改變轉(zhuǎn)向）時(shí)，由于齒隙的存在，會(huì)引起伺服電機(jī)空走，而工作臺(tái)無實(shí)際移動(dòng)，又稱失動(dòng)在半閉環(huán)系統(tǒng)中，這種齒隙誤差對(duì)于機(jī)床加工精度具有很大影響，必須加以補(bǔ)償，CNC系統(tǒng)是在位控程序計(jì)算反饋位置的過程中加進(jìn)齒隙補(bǔ)償以求得實(shí)際反饋位置增量。各坐標(biāo)軸的齒隙值被預(yù)先測(cè)定好，作為機(jī)床基本參數(shù)，以伺服分辨率為單位輸進(jìn)內(nèi)存。每當(dāng)檢測(cè)到坐標(biāo)軸改變方向時(shí)，自動(dòng)將齒隙補(bǔ)償值加到由反饋元件檢測(cè)到的反饋位置中，以補(bǔ)償因齒隙引起的失動(dòng)。

      2.等間距螺距誤差補(bǔ)償

      所謂等間距指的是補(bǔ)償點(diǎn)間的間隔是相等的，等間距螺距誤差補(bǔ)償選取機(jī)床參考點(diǎn)作為補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)點(diǎn)，機(jī)床參考點(diǎn)由反饋系統(tǒng)提供的相應(yīng)基準(zhǔn)脈沖來選擇，具有很高的正確度，是機(jī)床的基本參數(shù)之一。在實(shí)現(xiàn)軟件補(bǔ)償之前，必須測(cè)得各補(bǔ)償點(diǎn)的反饋增量修正值（以伺服分辨率為單位存進(jìn)表中），較高精度的CNC系統(tǒng)，一般采用激光干涉儀丈量的實(shí)際位置與發(fā)送的指令位置相比較，得到相應(yīng)補(bǔ)償點(diǎn)的反饋增量修正值。即：補(bǔ)償點(diǎn)反饋增量修正值=（數(shù)控指令命令值一實(shí)際位置值）／伺服分辨率。

      螺距誤差補(bǔ)償程度一般包含在位控程序中。在控制系統(tǒng)算出工作臺(tái)當(dāng)前位置的盡對(duì)坐標(biāo)時(shí)，調(diào)用螺距誤差補(bǔ)償程序，實(shí)現(xiàn)反饋增量的補(bǔ)償及位置的補(bǔ)償。由于等間距螺距誤差補(bǔ)償各坐標(biāo)軸的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)及補(bǔ)償點(diǎn)間距是一定的，通過給補(bǔ)償點(diǎn)編號(hào)，能很方便地用軟件實(shí)現(xiàn)。但這樣的補(bǔ)償，由于補(bǔ)償點(diǎn)位置定得過死而缺少柔性，要想獲得滿足機(jī)床工作實(shí)際需要的補(bǔ)償，最好是使用螺距誤差補(bǔ)償法，即不等間距的螺距誤差補(bǔ)償法。采用反向間隙補(bǔ)償和等間距的螺距誤差補(bǔ)償后，機(jī)床的精度明顯進(jìn)步，運(yùn)動(dòng)精度由140μm進(jìn)步到40μm以內(nèi)。

      三、砂輪磨損檢測(cè)與修整

      磨削加工中，不僅磨粒的尺寸、外形和分布對(duì)加工過程有影響，而且砂輪的氣孔狀況也起著重要的作用，當(dāng)氣孔被嚴(yán)重堵塞時(shí)，砂輪壽命會(huì)過早結(jié)束。砂輪堵塞是磨削加工中的普遍現(xiàn)象，不論加工條件選擇的如何公道，要完全防止堵塞是不可能的。砂輪堵塞會(huì)加劇磨損，影響磨削質(zhì)量。為避免磨削加工中出現(xiàn)廢品，就需要在磨削加工過程中對(duì)砂輪實(shí)施在線檢測(cè)技術(shù)，在線檢測(cè)能在制造的早期階段消除質(zhì)量題目，這樣就不會(huì)造成廢品。

      1.接觸式砂輪磨損檢測(cè)方法

      在磨削加工中，砂輪的磨損狀態(tài)是砂輪磨削性能好壞的重要指標(biāo)之一，它影響著磨削加工的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。砂輪在磨削過程中，磨粒逐漸磨鈍而失往切削能力，若繼續(xù)磨削，就會(huì)增加砂輪與工件之間的摩擦而發(fā)熱，磨削質(zhì)量將明顯下降。這主要是由于磨粒的鈍化、砂輪表面被堵以及砂輪外形失真所致。利用激光功率譜的檢測(cè)、CCD的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和應(yīng)用粗糙集理論建立專家知識(shí)庫進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)意義重大，但磨削加工中受磨屑、切削液的影響，信號(hào)檢測(cè)輕易失真，而且投進(jìn)較大，實(shí)際應(yīng)用、維護(hù)有很大難度。

      如圖1，檢測(cè)砂輪時(shí)，砂輪首先移動(dòng)到某一固定點(diǎn)（可以設(shè)為第二參考點(diǎn)），在砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，傳感器沿軌道在A到B點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)，檢測(cè)到的最大與最小信號(hào)值之差即為砂輪修整量，把經(jīng)過處理的信號(hào)值輸進(jìn)單片機(jī)，從而控制砂輪修整量。

      2.砂輪修整

      軸承磨削砂輪輪廓較為簡單，砂輪修整軌跡控制方便，改造中擬采用金剛石輪軌跡修整法，修整原理如圖2所示，圖中SQ1為接觸式丈量探頭到位開關(guān)，SQ2為丈量探頭后退到位行程開關(guān)，SQ3為修整輪進(jìn)給到位行程開關(guān)，SQ4為修整輪后退到位行程開關(guān)，STOP為停止開關(guān)。

      砂輪修整時(shí)，除旋轉(zhuǎn)外，X、Z軸做圓弧插補(bǔ)移動(dòng)，修整器（金剛石輪）只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)結(jié)束后，修整輪移動(dòng)到修整位置，按檢測(cè)到的最大誤差自動(dòng)分步進(jìn)給至修整量，砂輪按預(yù)定的修整軌跡往復(fù)運(yùn)動(dòng)多次，實(shí)現(xiàn)砂輪修整。

      四、砂輪修整具體措施

      為了實(shí)現(xiàn)砂輪的自動(dòng)檢測(cè)與修整，改造中采用AT89C51型單片機(jī)，采用可伸縮電阻式傳感器，實(shí)現(xiàn)修整量控制，并通過單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)修整量進(jìn)給。

      1.砂輪修整過程

      如圖2，當(dāng)砂輪需要檢測(cè)時(shí)，通過調(diào)用子程序，砂輪運(yùn)動(dòng)到修整位置，接觸式丈量探頭接近砂輪，到位后由SQ1發(fā)出信號(hào)，修整輪開始接近砂輪，到位后由SQ3發(fā)出信號(hào)，修整輪開始做勻速進(jìn)給、砂輪開始沿“砂輪修整軌跡”做圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，修整輪移動(dòng)完修整量后，砂輪再沿“砂輪修整軌跡”往復(fù)一次，結(jié)束修整，修整輪后退，到位后由SQ4發(fā)出信號(hào)，修整結(jié)束返回主程序。

      2.手動(dòng)修整過程

      （1）可以按下點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給或連續(xù)進(jìn)給到達(dá)SQ3位置停止。

      （2）根據(jù)砂輪的缺陷，確定進(jìn)給的步數(shù)，并輸進(jìn)鍵盤，顯示器可以顯示出步數(shù)，按下確認(rèn)鍵修整砂輪和砂輪啟動(dòng)。進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)開始進(jìn)給，直至進(jìn)給完所給定的步數(shù)為止。

      （3）可以點(diǎn)動(dòng)后退，退出修整，或點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給，進(jìn)一步修整。

      磨削加工屬于微量精加工，砂輪對(duì)加工的影響較大，磨削中砂輪磨損較快，如何及時(shí)正確地檢測(cè)砂輪的磨損程度，并實(shí)施修整，能極大地進(jìn)步加工質(zhì)量。

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