前言

磨床是利用磨具對工件表麵進行磨削加工的精密機床^[1]_。磨床可以加工硬度很高的材料，能做高精度和表麵粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削^[2]_，在汽車製造業(ye) 、機床製造、電力、船舶、航空航天等領域有著廣泛的應用。

磨床種類繁多，按其工作性質，常見的磨床種類可以劃分為(wei) 外圓磨床、平麵磨床、內(nei) 圓磨床、工具(刀具)磨床、無心磨床、非圓磨削機床、軋輥磨床、複合磨削加工單元、立式磨床等等^[3～6]_。

隨著磨床工業(ye) 向自動化方向的發展，自動測量裝置應用到了磨床上，並在機械加工中扮演了重要的作用^[6]_。量儀(yi) 是用來在機械加工過程中，對工件的尺寸進行實時的在線測量，將測得的參數傳(chuan) 遞給控製裝置，然後控製裝置根據得到的數據自動的調整加工過程，向磨床發出粗磨、精磨、光磨和到尺寸的控製信號。它擺脫了對操作人員的依賴，減小了誤差，從(cong) 而提高了生產(chan) 效率和產(chan) 品質量，也降低了廢品率^[8～11]_。

目前，量儀(yi) 種類繁多，根據量儀(yi) 中傳(chuan) 感器的種類劃分^[12]有：機械式、光學式、超聲波式、電子式和氣動式等。現有的機械加工在線測量方法大多用於(yu) 為(wei) 實時誤差補償(chang) 提供反饋信息^[13]_。

在外圓磨床數控係統中常采用徑向量儀(yi) 主動測量技術，實現外圓磨加工的主動在線測量^[14][15]_。在具體(ti) 的磨削加工中，有些工件往往需要多段磨削，為(wei) 了提高精度，可以在安裝徑向量儀(yi) 實時監控磨削過程，但出於(yu) 成本的考慮，很難在需要磨削的每一段都安裝徑向量儀(yi) 。因此，本文提出一種通過徑向量儀(yi) 調整工件坐標原點的方法，從(cong) 而提高多段磨削精度，同時降低了成本。

坐標原點與(yu) 坐標原點補償(chang)

磨床的坐標係以及磨床的主要部件如圖1所示。磨床的主要部件包括固定在工作台上的金剛筆、工件和徑向量儀(yi) 測頭，固定在砂輪架上的成型砂輪和端麵量儀(yi) 測頭。磨床的坐標係可以分為(wei) 機床坐標係x_mo_mz_m、工件坐標係x_po_pz_p和砂輪坐標係x_wo_wz_w。

一般以成型砂輪上的某一點(通常取左下角)為(wei) 砂輪坐標係原點，如圖1所示，o_w即為(wei) 砂輪坐標係原點，當金剛筆尖運動到o_w點時，機床坐標係的坐標值即為(wei) 砂輪坐標係原點在機床坐標係中的坐標值。成型砂輪的形狀由構成成型砂輪輪廓的線段和圓弧構成，如圖2所示，成型砂輪的形狀可以由一係列點a₀,a₁,…,a₇在砂輪坐標係中的坐標值描述，其中a₅可以定義(yi) 為(wei) 砂輪坐標係原點，在機床坐標係中的坐標值記為(wei) (x_wa，z_wa)。砂輪經過修整後，砂輪形狀輪廓由一係列點b₀,b₁,…,b₇描述，其中b₅為(wei) 新的砂輪坐標係坐標原點，在機床坐標係中的坐標值記為(wei) (x_wb，z_wb)。沿x方向和z方向修整量分別記為(wei) δx，δz。

砂輪修整前，當a₅點運動到工件坐標原點o_p點，此時機床坐標係顯示的坐標值即為(wei) 當前工件坐標係坐標原點在機床坐標係中的坐標值，記為(wei) (x_pa，z_pa)。砂輪經過修整後，當b₅點運動到工件坐標原點o_p點時，機床坐標係顯示的坐標值即為(wei) 當前工件坐標係坐標原點在機床坐標係中的坐標值，記為(wei) (x_pb，z_pb)。有如下關(guan) 係：

x_wb=x_wa－δx

z_wb=z_wa－δz

x_pb=x_pa－δx

z_pb=z_pa－δz

砂輪磨削工件的過程可以理解為(wei) 砂輪原點o_w在工件坐標係x_po_pz_p中運動，所以，工件坐標係坐標方向如圖1所示。而砂輪修整的過程則可以理解為(wei) 金剛筆在砂輪坐標係x_wo_wz_w中運動，所以，砂輪坐標係方向正好與(yu) 工件坐標係方向相反。

這樣，磨削加工的過程可以在工件坐標係中用g代碼語言描述，砂輪修整的過程，可以在砂輪坐標係中用g代碼語言描述。砂輪修整後，調整工件坐標原點和砂輪修整原點，而描述磨削加工和描述砂輪修整g代碼語言都可以保持不變。從(cong) 而便於(yu) 理解，也簡化了編程。

多段磨削方式下工件坐標原點補償(chang) 方式的改進

有些工件需要多段磨削，如圖3所示，工件坐標係x_po_pz_p。a段最終磨削尺寸為(wei) x_a，b段最終磨削尺寸為(wei) x_b。在沒有徑向量儀(yi) 的情況下，砂輪在工件坐標係中，對準a段，沿x軸負方向行走到工件坐標位置x_a；砂輪對準b段，沿x軸負方向行走到工件坐標位置x_b。對大多數中低檔磨床而言，精度隻能保持在幾個(ge) 絲(si) 的水平。

為(wei) 了提高精度，可以在安裝徑向量儀(yi) 實時監控磨削過程，這樣可以把磨削尺寸精度提高到微米級。由於(yu) 成本的考慮，很難在需要磨削的每一段都安裝徑向量儀(yi) 。為(wei) 此，提出一種通過徑向量儀(yi) 調整工件坐標原點，從(cong) 而提高多段磨削精度的方法。具體(ti) 方法如下。

如圖3所示，在工件a段安裝徑向量儀(yi) ，在砂輪對a段進行磨削時，實時監控a段工件尺寸。一旦徑向量儀(yi) 給出相應的尺寸信號，砂輪停止進給。此時，工件的真實尺寸為(wei) xa，而此時砂輪在工件坐標係下的x坐標讀數記為(wei) xa`，此讀數xa`往往偏離預設的工件尺寸xa。調整工件坐標原點，使得當前砂輪在工件坐標係下的x坐標讀數由xa`變換為(wei) xa。

工件坐標原點調整前，砂輪x坐標位置為(wei) xa`，工件坐標原點為(wei) xp，此時砂輪在機床坐標係下的坐標為(wei) xa`+xp；工件坐標原點調整後，砂輪x坐標位置為(wei) xa，工件坐標原點為(wei) xp`，此時砂輪在機床坐標係下的坐標為(wei) xa+xp`。由於(yu) 工件坐標原點調整前後，砂輪位置並沒有變化，因此有如下等式xa`+xp =xa+xp`成立，調整後的工件坐標原點xp`為(wei)

xp`=xa`+xp－xa #p#分頁標題#e#

在調整後的工件坐標係下，砂輪行走到b段起始位置，對b段進行磨削，到達工件坐標係x坐標位置xb。整個(ge) 磨削過程完畢。

結論

1)傳(chuan) 統的基於(yu) 砂輪修整量進行工件坐標原點補償(chang) ，有可能因為(wei) 金剛筆的磨損、機床床身的熱效應、新修整的砂輪的過於(yu) 鋒利等原因導致補償(chang) 不準。一個(ge) 普遍的現象是，每次修整砂輪之後，磨削的第一個(ge) 工件，尺寸總是偏大或者偏小。通過徑向量儀(yi) 對工件坐標原點進行調整後，砂輪在a段對工件坐標原點的位置與(yu) 預設的a段尺寸精確相符，也可以使a段工件尺寸與(yu) 預設的尺寸精確相符，以此為(wei) 基準，對b段和其它段進行磨削加工，如同對砂輪行走的精確性做了一次實時校正，可以有效地消除砂輪鋒利程度、機床熱效應、金剛筆磨損等原因引起的補償(chang) 誤差。

2)可以采用工件坐標原點雙補償(chang) 的方法。首先在砂輪修整後，即對工件坐標原點進行補償(chang) ；然後，令砂輪對裝有量儀(yi) 的a段進行磨削，根據磨削的結果，再次調整工件坐標原點。

3)也可以取消砂輪修整後的工件坐標原點補償(chang) 。這樣做的效果是，由於(yu) 砂輪修整後，砂輪半徑比原來減少了δx。平均來說，砂輪要以粗磨的速度多行走δx的距離，才能達到砂輪修整之前接近工件的程度。但是，這點細微的差別在對a段進行磨削之後，就不存在了。

4)無論工件坐標原點采用什麽(me) 方法補償(chang) ，砂輪修整原點的補償(chang) 仍然應該是每修整一次，就調整一次，修整多少，就調整多少。砂輪修整原點與(yu) 砂輪實際尺寸位置一致。