CN103075920B - 一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法，属于磨削加工与检测控制技术领域。本发明通过在磨削加工前根据回转类零件具有断续表面特征及磨削加工状态设定相应的参数，并将参数保存在数据库中，当传感装置的测头进出零件表面凹槽时，可根据待加工的回转类零件上的凹槽是否是周期性分布在零件的周向上而相应选择断续修正法和同期特征补偿法，对突变的测量尺寸值进行自动的数据修正及补偿处理，从而使具有断续表面特征的零件在磨削加工过程中，避免了测量控制仪的动作误判，导致磨加工中断的问题，同时提高了磨削加工中在线测量的准确性和可靠性。

Description

一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法

技术领域

本发明涉及一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法，属于磨削加工与检测控制技术领域。

背景技术

磨加工主动测量技术有效地解决了传统磨削加工存在产品一致性较差、质量不稳定、加工效率低的问题。磨加工主动测量控制仪是一种在线测量零件并能控制磨削进程的设备，广泛应用于自动、半自动磨床。在磨削工作过程中始终进行在线零件尺寸测量，并将其尺寸变化量随时传递给控制器，再由控制设备发出信号控制磨床的动作，可以有效提高了产品质量和生产效率。

在磨削加工中经常会遇到具有断续表面特征的回转类零件，比如：花键、齿轮、带键(轮毂)槽的轴(孔)等，对这些回转类零件进行在线磨加工过程，当碰到凹槽部位时，传感装置测头进出凹槽测得尺寸发生突变，测量值的突变一方面会影响主动测量控制仪的测量精度，另一方面引起磨加工主动测量控制仪的误判，导致磨削加工过程的中断。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法，以解决具有断续表面特征(如：键槽、轮毂槽、花键、齿轮凹槽等)的回转类零件在自动磨削加工中，传感装置的测头在进出零件断续表面凹槽时会引起测量值的突变，测量值的突变一方面会影响主动测量控制仪的测量精度，另一方面如果不进行相关的数据实时处理，还会引起控制仪的动作误判，导致磨加工过程中断的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法，该磨削加工方法的步骤如下：

1)在磨削加工前根据回转类零件的断续表面特征及磨削加工状态设定相应的参数，并将参数保存在数据库中；

2)将待加工的回转类零件安装在磨床上进行磨削，判断待加工的回转类零件上的凹槽是否是周期性分布在零件的周向上，如果不是周期性分布，则进入步骤3)，通过断续修正法对测量数据进行处理；如果是周期性分布，则进入步骤4)，通过同期特征补偿法对测量数据进行处理；

3)所述断续修正法为根据每一个采样周期后零件尺寸的磨削变化量均等，将零件尺寸变化量与理论切削量进行对比，当传感装置测头进出键槽引起尺寸突变时，将该尺寸变化量直接修正为理论尺寸变化量输出，进入步骤5)；

4)所述同期特征补偿法为根据通过磨削加工阶段测头进出凹槽的时间一定，设置测头进出凹槽的触发方式，触发后将测头进出凹槽部分时间段内的测量数据舍去，同时依据触发方式不同搜索同期内的特征值，将特征值作为补偿替代输出；

5)将步骤3)或者步骤4)输出的结果作为测量结果，测量控制仪根据该测量结果判断是否达到设定磨削状态，从而控制磨床不间断对待加工的回转类零件进行磨削加工，直至该零件完成整个磨削过程。

所述步骤3)中将传感装置测量的尺寸变化量直接修正为理论尺寸变化量的过程如下：

a)计算一个采样周期内待加工的回转类零件磨削尺寸变化理论值Δd，设当前传感装置实际测得的尺寸值为d₂，上次尺寸输出值为d₁，令c＝d₂-d₁；

b)将c的绝对值和Δd进行比较，当|c|≥Δd时则判定需要进行差值修正；

c)当c>0时，令d₁-Δd作为当前输出值进行输出；当c<0时令d₁+Δd作为输出值输出。

所述步骤4)中的触发方式为设定触发时间，该触发时间大于测头进出凹槽所用时间，在给定触发时间间隔内，对比搜索测量数据的特征值。

所述步骤4)中的触发方式为触发脉冲信号，外界向测量控制仪发出脉冲的周期大于测头进出凹槽所用时间，当接收到触发脉冲后，在两脉冲上升沿之间，对比搜索测量数据的特征值。

所述步骤4)中的触发方式为设定触发尺寸，当测量值大于给定触发尺寸值时，对比搜索测量数据的特征值；当测量值小于给定触发尺寸值时，进行复位，即特征值清零，从复位点重新对比搜索测量数据的特征值。

所述的特征值包括最大值、最小值和P-P值，其中最大值输出为同期内的最大值，一般用于外径测量；最小值输出为同期内的最小值，一般用于内径测量；P-P值为输出同期内最大值和最小值之间的差值，一般用于机械加工后检验工件的形状误差。

本发明的有益效果是:本发明通过在磨削加工前根据回转类零件具有断续表面特征及磨削加工状态设定相应的参数，并将参数保存在数据库中，当传感装置的测头进出零件表面凹槽时，可根据待加工的回转类零件上的凹槽是否是周期性分布在零件的周面上而选择断续修正法和同期特征补偿法，对突变的测量尺寸值进行自动的数据修正及补偿处理，从而使具有断续表面特征的零件在磨削加工过程中，避免了测量控制仪的动作误判，导致磨加工中断的问题，同时提高了磨削加工中在线测量的准确性和可靠性。

附图说明

图1是断续表面特征零件的在线测量示意图；

图2是断续修正法原理示意图；

图3是断续修正法传感装置电压值变化线示意图；

图4是内部同期补原理偿示意图；

图5是自动同期补偿原理示意图；

图6是外部同期补偿触发脉冲信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

为了提高我国磨加工主动测量的技术进步，克服断续表面主动测量技术的难点，我们对断续表面在线测量的关键技术进行了研究，探索磨加工断续表面在线测量的测量类型以及技术实现方法，在原有磨加工主动测量控制仪的软硬件研究基础上，最终形成可实现对断续表面进行磨加工在线测量的新方法。

断续表面测量的技术难点为测头进入零件表面凹槽(例如键槽、齿轮槽)和划出凹槽时都会引起测量尺寸的突变。尺寸突变一方面会影响主动测量控制仪的测量精度，另一方面如果不进行相关的数据处理，会引起控制仪的动作误判，导致在线测量失效。

为此，本发明提供一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法，该磨削加工方法的步骤如下：

1.在磨削加工前根据回转类零件的断续表面特征及磨削加工状态设定相应的参数，所述参数包括粗磨、精磨、光磨、到尺寸磨削状态对应的信号点，以及砂轮转速、砂轮进给速度和工件转速，并将该参数保存在数据库中，将待加工的回转类零件安装在磨床上进行磨削，判断待加工的回转类零件上的凹槽是否是周期性分布在零件的周向上，如果不是周期性分布，则进入步骤2，通过断续修正法对测量数据进行处理，如果是周期性分布，则进入步骤3，通过同期特征补偿法对测量数据进行处理。

2.当测头进出凹槽时，工件尺寸发生快速变化，凹槽内部的测量数据均为无效数据，对测量结果的计算无任何意义，正常的磨加工在线测量(以测量外径为例)时其尺寸变化线应呈线性递减变化，因此，可以通过差值补偿的方法将凹槽中的尺寸变化值修正为正常加工的尺寸变化值，如图2所示。

在线测量过程中，一般传感装置连续采集n次数据并进行平均滤波后，作为一次结果输出，设定采集n次数据所需时间t_v为一个采样周期。在磨削加工状态及条件不变的情况下，一个采样周期工件尺寸变化值应为Δd，对应传感装置电压值变化为Δu_v，即在经过每一个采样周期后，工件尺寸的变化量相等。如图3所示，传感装置测得的电压变化线的斜率为：

$k=\frac{\mathrm{\&Delta;}{u}_1}{t_1}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{u}_v}{t_v}---\left(1\right)$

其中t₁为设定时间，其值由现场磨削加工情况确定，设在t₁时间段内传感装置检测到的电压变化值为Δu₁；设传感装置的倍率值为K，尺寸变化值和电压值之间的关系为：

Δd＝K×Δu_v                    (2)可得出一定加工条件下的一个采样周期内工件尺寸变化量为：

Δd＝Δu₁×t_v×K/t₁              (3)

其实现步骤如下：

1)计算一个采样周期内尺寸变化理论值Δd，设当前传感装置实际测得的尺寸值为d₂，上次尺寸输出值为d₁，令c＝d₂-d₁；

2)将c的绝对值和Δd进行比较，当|c|≥Δd时则判定需要进行差值修正；

3)当c>0时，令d₁-Δd作为当前输出值进行输出；当c<0时令d₁+Δd作为输出值输出。

当完成上述将凹槽中的尺寸变化值修正为正常加工的尺寸变化值后，进入步骤4.

3.由于在同一个磨削加工阶段中(如粗磨、精磨、光磨)，工件转速、砂轮转速、测头位置恒定，测头进出凹槽的时间一定，因此，可以从测头进入凹槽处开始，至测头划出凹槽部分结束，该段时间得到的无意义的尺寸变化值不进行任何处理及输出，而是依据选定的触发控制方式，搜索触发期间内(以下简称同期)的特征值作为相应的输出结果。

依据触发方式不同分为：内部同期、自动同期、外部同期三种模式，同时，根据功能要求的不同，每种模式下可选择三种数据输出类型：最大值输出、最小值输出和P-P值输出，其中最大值输出为同期内的最大值，一般用于外径测量；最小值输出为同期的最小值，一般用于内径测量；P-P值输出为输出同期内最大值和最小值之间的差值，一般用于机械加工后检验工件的形状误差。其具体过程如下：

当采用内部同期时，设定触发时间，触发时间大于测头进出凹槽所用时间，如图4所示，在该触发时间段内进行测量数据的对比，搜索特征值，在给定触发时间间隔内，对比搜索测量数据的特征值，由功能要求选择特征值之一进行补偿替代作为测量结果输出，当测量外径时，输出最大值，当测量内径时，输出最小值，当用于检验工件的形状误差时，输出P-P值；触发周期的过程控制由触发时间每次减少一个采样周期实现。

当采用外部同期时，接收外部机床触发脉冲信号，如图6所示，两个触发脉冲上升沿之间的间隔为脉冲触发周期T，在该周期内则进行测量数据的对比，搜索特征值，并在第二个脉冲上升沿处进行测量结果的输出，否则，不进行任何操作，如此反复循环执行。

当采用自动同期时，设定触发尺寸，当测量值大于给定触发尺寸值时，对比搜索测量数据的特征值，并由功能要求选择特征值之一输出，当测量值小于给定触发尺寸值时，触发采集复位，重新开始搜索测量数据的特征值并进行输出，触发尺寸一般设定为-50μm，自动同期中凹槽的位置应作为一个复位点，达到复位点，将特征值清零，重新开始搜索特征值，如图5所示，该触发方式更加适合于凹槽数较多的零件。

4.将步骤2或者步骤3输出的结果作为测量结果，从而控制磨床不间断对待加工的回转类零件进行磨削加工，直至该零件完成磨削过程。

Claims (6)

1.一种具有断续表面特征零件的磨削加工方法，其特征在于：该磨削加工方法的步骤如下：

1)在磨削加工前根据回转类零件的断续表面特征及磨削加工状态设定相应的参数，并将参数保存在数据库中；

2)将待加工的回转类零件安装在磨床上进行磨削，判断待加工的回转类零件上的凹槽是否是周期性分布在零件的周向上，如果不是周期性分布，则进入步骤3)，通过断续修正法对测量数据进行处理；如果是周期性分布，则进入步骤4)，通过同期特征补偿法对测量数据进行处理；从而使具有断续表面特征的零件在磨削加工过程中，避免了测量控制仪的动作误判；

3)所述断续修正法为根据每一个采样周期后零件尺寸的磨削变化量均等，将零件尺寸变化量与理论切削量进行对比，当传感装置测头进出键槽引起尺寸突变时，将该尺寸变化量直接修正为理论尺寸变化量输出，进入步骤5)；

4)所述同期特征补偿法为根据通过磨削加工阶段测头进出凹槽的时间一定，设置测头进出凹槽的触发方式，触发后将测头进出凹槽部分时间段内的测量数据舍去，同时依据触发方式不同搜索同期内的特征值，将特征值作为补偿替代输出；

5)将步骤3)或者步骤4)输出的结果作为测量结果，测量控制仪根据该测量结果判断是否达到设定磨削状态，从而控制磨床不间断对待加工的回转类零件进行磨削加工，直至该零件完成整个磨削过程。

2.根据权利要求1所述的具有断续表面特征零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤3)中将传感装置测量的尺寸变化量直接修正为理论尺寸变化量的过程如下：

a)计算一个采样周期内待加工的回转类零件磨削尺寸变化理论值Δd，设当前传感装置实际测得的尺寸值为d₂，上次尺寸输出值为d₁，令c＝d₂-d₁；

b)将c的绝对值和Δd进行比较，当|c|≥Δd时则判定需要进行差值修正；

c)当c>0时，令d₁-Δd作为当前输出值进行输出；当c<0时令d₁+Δd作为输出值输出。

3.根据权利要求2所述的具有断续表面特征零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤4)中的触发方式为设定触发时间，该触发时间大于测头进出凹槽所用时间，在给定触发时间间隔内，对比搜索测量数据的特征值。

4.根据权利要求2所述的具有断续表面特征零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤4)中的触发方式为触发脉冲信号，外界向测量控制仪发出脉冲的周期大于测头进出凹槽所用时间，当接收到触发脉冲后，在两脉冲上升沿之间，对比搜索测量数据的特征值。

5.根据权利要求2所述的具有断续表面特征零件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤4)中的触发方式为设定触发尺寸，当测量值大于给定触发尺寸值时，对比搜索测量数据的特征值；当测量值小于给定触发尺寸值时，进行复位，即特征值清零，从复位点重新对比搜索测量数据的特征值。

6.根据权利要求3、4或5所述的具有断续表面特征零件的磨削加工方法，其特征在于：所述的特征值包括最大值、最小值和P-P值，其中最大值输出为同期内的最大值，一般用于外径测量；最小值输出为同期内的最小值，一般用于内径测量；P-P值为输出同期内最大值和最小值之间的差值，一般用于机械加工后检验工件的形状误差。