实时测量和控制磨削过程

魔神

    在实现高精度、高质量、高效率的零部件加工中，测量技术起着非常重要的作用。在工件的磨削加工中，由于砂轮会产生磨损，因此依靠磨床本身来控制工件的加工精度是很难实现的。采用主动量仪对磨削过程进行主动实时测量，是磨床加工过程中的重要环节。

　　随着电子技术和自动化技术的发展，测量技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的测量设备，已在大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上也提出了更高的要求。

 

　　一汽—大众汽车有限公司发动机传动器厂对于主动测量技术的应用较为广泛， 由于我厂的主要设备和生产线是从德国引进的，因此大部分在线测量设备也随生产线同时引进，且基本上实现了全自动化。例如，曲轴生产线引进的MARPOSS P7测量仪不仅具有在线测量、砂轮平衡、砂轮修整、噪音检测等多种功能，而且还具有砂轮消空程、防碰撞功能。该设备性能稳定、测量精度高、抗干扰能力强，所采用的UNIMAR测头结构设计独特、坚固耐用，因此P7在加工精度要求较高的磨床中得以广泛应用。另外，我厂应用的主动量仪还有中原精密量仪、德国KOMEG量仪、MARPOSS E3C、E3U、E40、E5N等。

主动量仪的测量原理

 

　　主动量仪采用的是比较式的测量监控方法，即在机械加工过程中，测量装置始终监测着工件的尺寸变化，并实时将数据传递给量仪，量仪根据已设定好的参数（粗磨、精磨、光磨、到尺寸等）发出信号给机床PLC控制系统，机床随即进行相应的动作，如改变砂轮的转速和进给速度等，从而形成完整的闭环控制（图1）。当然，在该闭环回路工作前，必须对工件进行零位校准，而且，还要对磨削加工完的工件抽取样件进行测量，得出实际值和理论值的差别，并在量仪上给予参数补偿。

影响主动测量的因素

 

1、主轴摆差

 

　　主轴摆差决定所加工零件的尺寸精度，因为主动量仪所采集数据一般外径采集最小值，内径采集最大值，主轴摆差过大会使工件外形产生不规则变化，量仪所测得的数据也会发生变化，因此要求主轴摆差越小越好。

 

2、砂轮平衡

 

　　砂轮平衡对加工精度有着重要的影响。一般质量大的砂轮在安装之前需要做静平衡，对精度要求较高的工艺加工需要对砂轮做动平衡，我厂曲轴磨床采用意大利MARPOSS公司生产的最新产品P7来实现砂轮动平衡。

 

3、测头触点

 

　　测头触点一般采用金刚石或硬质合金材料制造，在生产中触点会逐渐磨损，当磨损到一定程度（由球形变为扁平状）时，需要及时更换。另外，有时合金头也会脱落，这在维修中也是应考虑到的因素。

 

4、工件定位

 

　　主动测量对于被加工工件的定位精度有着很好的要求，如果定位出现偏差，将会对主动量仪的校准产生影响。

 

5、传感器重复性

 

　　这是影响测量精度的重要因素，因为主动测量反馈给CNC数据，CNC根据反馈数据进行砂轮修整或者自动补偿，例如曲轴主轴径和曲拐径磨床即根据量仪反馈数据实现砂轮修整；凸轮轴轴径磨床MARPOSS产品E3C采用加工后测量，测量数据反馈给NC实现自动补偿。

 

6、倍率

 

　　传感器倍率也是影响测量精度的重要因素，倍率必须符合1:1关系，即尺寸实际变化量与量仪测得变化量的比值必须等于1，否则测得的数据将不能反映工件的实际尺寸。

 

7、其他因素

 

　　除了上述几种主要影响因素外，机床的振动、乳化液喷嘴位置、乳化液流量、测量装置驱动缸、传感器测力的大小等也都是影响主动测量的因素。

 

典型应用

 

　　以曲轴生产线MARPOSS P7测量仪为例，简要介绍一下P7测量仪的平衡功能、砂轮消空程和防碰撞功能以及测量功能。

 

1、平衡功能

 

　　图2所示，砂轮主轴内安装有平衡电机，主轴箱附近安装有振动传感器，在加工过程中P7量仪采集振动传感器测得的振动量，再通过与量仪内部设定参数进行对比发出指令给平衡电机，平衡电机接收来自P7指令进行不同方向旋转，使砂轮达到动态平衡。

2、砂轮消空程和防碰撞功能

 

　　图3所示，砂轮端安装声纳传感器，其功能是采集砂轮噪声信号。在加工过程中，砂轮快速运行到工件附近，声纳传感器采集噪声信号输入给P7量仪，此信号与P7内设定参数（GAP和CRASH）进行比较，若信号幅度大于GAP参数设定值，则P7输出消空程信号给PLC，PLC接收此信号控制进给轴由快速转为慢速，即由快进转为工进。此功能降低生产节拍，提高工作效率。若信号幅度大于CRASH参数设定值，则P7输出一碰撞信号给PLC，PLC接收此信号控制进给轴暂停进给或退回，同时PLC给出报警信息告知砂轮发生碰撞。

3、测量功能

 

　　图4所示，磨削过程中，传感器采集工件尺寸数据输入给P7量仪，此数据实时与设定参数进行比较，通常P7设定4个信号，即粗磨、精磨、光磨、到尺寸信号，采集到的数据通过与这4个设定值进行比较，当达到某一信号设置点时，P7输出相应控制信号给PLC，PLC接收此信号控制进给速度或砂轮转速等，以保证产品质量。

常见问题及处理办法

 

　　主动测量所采用的量仪种类不同，在实际应用中所出现的问题也不尽相同。本文仅就我厂使用的几种量仪所出现的问题加以分析解决。

 

1、加工前测量

 

　　曲轴止推面加工中采用MARPOSS E3U量仪进行测量，曾出现测头无收张动作的问题。此时，应首先考虑测头内部收张线圈是否断路、测力是否过大、测头内部弹性体是否折断，如这些部位均未出现异常，再检查控制测头收缩的驱动板上保险是否断路，必要时更换此驱动板。

 

2、加工中测量

 

　　曲轴主轴径磨削加工采用MARPOSS E40量仪，此量仪使用5个测头分别对各个直径尺寸进行实时测量，经常会出现测量不准确的问题，从而导致控制系统砂轮修整频繁，加工尺寸不稳定。解决这个问题应首先考虑每个测头的测力（即触点与工件接触力）大小，一般测力过小会导致测量不准，而测力过大会对零件表面产生划痕，然后要考虑触点是否圆滑，触点不宜过平，一般为半圆型。另外，对于传感器倍率的检查，应先将测头搭到样件上，用塞尺塞到触点下，观察量仪传感器数值变化，若变化量与塞尺值一致，证明此传感器倍率准确，否则需要调整传感器BUFFER中电位器，使其达到倍率要求，若无法达到，就需要更换传感器。

 

3、加工后测量

 

　　凸轮轴轴径磨削采用MARPOSS E3C量仪，经常会出现E07、E08、E09报警等问题：E07报警说明校准故障，可以对测头机械调零，然后电气校零，该故障会消除；E08、E09报警说明编程错误，可以进入编程模式对参数检查看是否有错误之处，有时电池电量低就会出现此故障，因此保护ROM程序的电池需要定期更换。