CN103862375B - 多台阶工件的在线移动测控方法及磨削方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多台阶工件的在线移动测控方法及磨削方法。本发明通过在多台阶工件自动磨削加工前利用传感装置和校对规进行各个台阶零位和传感装置倍率的测定，并将零位电压和倍率值储存至后台系统数据库中，在自动磨削加工中，根据磨削进程自动调用数据库中相应台阶的零位电压和倍率值，并通过基准自动补偿电路与移动测控软件系统，实现测量基准的转换及对传感装置零位的调整和校正，根据预先设定的各台阶磨削过程信号点，逐步实现磨削进程，从而完成单个台阶的磨削加工。在一次装夹多台阶工件的情况下，磨削加工中无需停机和人工干预进行各台阶基准的自动转换及零位调整校正，从而实现多台阶工件的在线主动测量和控制机床的磨削进程。

Description

多台阶工件的在线移动测控方法及磨削方法

技术领域

本发明涉及多台阶工件的在线移动测控方法及磨削方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

磨加工主动量仪是用于加工中在线测量及控制机床动作的智能化设备。其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控制仪，控制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，形成一个完整的闭环控制，从而提高磨削加工的精度。

在磨削加工中经常会遇到具有多台阶的轴类零件，这类零件不仅要求各个台阶外圆的尺寸误差小，而且还常常对各阶外圆有同轴度要求，工艺上总是希望在一次安装、无需停机的情况下，完成整个磨削过程，所以这就要求主动量仪要具备完善的移动测量功能。但是国内主动量仪产品在移动测量功能上存在着可移动尺寸小、精度不高的缺陷，有的甚至没有移动测量功能，因此开发一款具有可靠的移动测量功能的主动量仪对阶梯轴类零件加工精度和效率的提高具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种多台阶工件的在线移动测控方法及磨削方法，以解决目前具有多个台阶的工件在磨削过程中，当传感装置从一个台阶到下一个台阶时，磨床需停机并人工对传感装置进行调零，导致加工精度及效率低的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供多台阶工件的在线移动测控方法，该测控方法的步骤如下：

1）利用磨床传感装置对所要加工成的合格件的各个台阶的标准尺寸进行测定，得到各个台阶的标准尺寸所对应的电压值，并将该电压值设定为待加工零件对应台阶的零位电压，同时测定传感装置电压变化相对于尺寸变化的倍率值，并将各台阶的零位电压和传感装置的倍率值储存至后台系统数据库中；

2）在对安装在磨床上待加工的台阶零件的某个台阶磨削加工时，从后台数据库中调取磨床将要进行磨削待加工零件的台阶号以及相对应的零位电压以及传感装置的倍率值；

3）将对应的零位电压进行数模转换，得到零位电压的交流模拟量，根据该零位电压的交流模拟量对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整；

4）将经过零位调整校正后的传感装置测量值对应的交流电压值转换为直流电压值，并将其与传感装置的倍率进行运算，获得该台阶的当前尺寸值,根据当前尺寸值，控制磨床对该台阶进行加工，直至该台阶达到零位电压，控制该零件轴向移动，重复步骤2）、3）和4），得到该零件磨削过程中各个台阶测量尺寸值，从而控制待加工零件各个台阶磨削过程。

所述步骤1）传感装置倍率的测定是通过在所要加工成的合格件轴向中部台阶处放置一定规格尺寸的校对规，根据校对规的尺寸值、传感装置倍率初始值，零位直流电压、清零前尺寸值、当前直流电压值和传感装置测得当前尺寸值计算得到。

所述步骤3）中对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整校正是通过传感装置的测量值和调零补偿电压进行计算得到，传感装置测量值如果为正值，调零补偿电压先经过放大运算后与传感装置测量值相减，结果再经过一次反向后输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值；当传感装置测量值为负值时，测量值先反向处理，后与放大后的零位补偿电压进行相减运算，结果直接输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值。

所述的倍率测量一般进行2到3次重复操作，将最终的传感装置的倍率存放在后台数据库中。

所述的调零补偿电压值是存放在后台数据库中台阶的零位电压值，并将其通过A/D芯片进行转换得到。

本发明为解决上述技术问题还提供了多台阶工件的在线移动磨削方法，该磨削方法的步骤如下：

a）利用磨床传感装置对所要加工成的合格件的各个台阶的标准尺寸进行测定，得到各个台阶的标准尺寸所对应的电压值，并将该电压值设定为待加工零件对应台阶的零位电压，同时测定传感装置电压变化相对于尺寸变化的倍率值，并将各台阶的零位电压和传感装置的倍率值储存至后台系统数据库中；

b）将待加工的零件安装在磨床上，从后台数据库中调取磨床将要进行磨削待加工零件的台阶号对应的零位电压以及传感装置的倍率值；

c）将对应的零位电压进行数模转换，得到零位电压的交流模拟量，根据该零位电压的交流模拟量对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整；

d）将经过零位调整后的传感装置测量值对应的交流电压值转换为直流电压值，并将其与传感装置的倍率进行运算，获得该台阶的当前尺寸值；

e）根据台阶磨削过程中预先设定的信号点和该台阶的当前尺寸值，判断是否达到下一个磨削状态，当到达下一个磨削状态时，控制磨床进入下一个磨削状态，直至该台阶磨削过程结束；

f）将该待加工零件进行轴向移动，驱动传感装置进入，重复步骤b）、c）、d）和e），对该工件的下一个台阶进行磨削，直至完成该工件所有台阶的磨削。

所述步骤a）传感装置倍率的测定是通过在所要加工成的合格件轴向中部台阶处放置一定规格尺寸的校对规，根据校对规的尺寸值、传感装置倍率初始值，零位直流电压、清零前尺寸值、当前直流电压值和传感装置测得当前尺寸值计算得到。

所述步骤c）中对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整校正是通过传感装置的测量值和调零补偿电压进行计算得到，传感装置测量值如果为正值，调零补偿电压先经过放大运算后与传感装置测量值相减，结果再经过一次反向后输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值；当传感装置测量值为负值时，测量值先反向处理，后与放大后的零位补偿电压进行相减运算，结果直接输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值。

所述的倍率测量一般进行2到3次重复操作，将最终的传感装置的倍率存放在后台数据库中。

所述的调零补偿电压值是存放在后台数据库中台阶的零位电压值，并将其通过A/D芯片进行转换得到。

本发明的有益效果是:本发明通过在磨削加工前先在磨床上安装标准校对规，对各个台阶的测头的零位电压和倍率的进行调整，把调整好的各个台阶的零位电压和倍率值放入后台数据库中，在磨削加工中，后台程序可根据磨削进程数据库中调用相应台阶的零位电压和倍率值，对测头进行自动调零，对具有多个台阶的工件在磨削过程中，当测头从一个台阶到下一个台阶时，磨床无需停机和人工对测头进行调零，而是主动量仪能够对测头自动调零，并且自动调用下一个台阶预先设定的参数，继续进行在线测量和控制磨削进程，从而实现移动测量功能。从而实现移动测量功能。

附图说明

图1是在线主动测量和控制机床自动磨削原理示意图；

图2是主动测量控制仪测量多台阶轴的信息传递示意图；

图3是基准自动补偿电路示意图；

图4是基准补偿电压的A/D转换电路图。

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。

本发明针对国内磨加工主动测量控制仪在多台阶工件在线移动测量功能方面的不足，在原有主动测量控制仪产品和技术的基础上提出了一种用于多台阶工件自动磨削加工的、基准自动补偿转换的在线移动测控方法，该方法通过在磨削加工前先在磨床上安装所要加工成的合格件及标准校对规，分别对各个台阶的零位电压和传感装置倍率的进行测定，将各个台阶的零位电压值和传感装置倍率值进行储存。在磨削加工时，软件程序调用当前台阶参数控制基准补偿电路对传感装置进行零位的调整与校正，进而依据设定的信号点控制磨削进程，通过多台阶移动测量和控制实现自动加工，如图2所示，为主动测量控制仪测量多台阶轴的信息传递示意图。

本发明多台阶工件的在线移动测控方法的实施例

该方法的具体步骤如下：

1各台阶的零位基准电压测量。在磨床上安装所要加工成的合格件，通过驱动装置驱动传感装置进入测量位，然后，依次测量所要加工成的合格件各个台阶的零位电压值。主动测量控制仪尺寸移动界面窗口中显示零位电压值，同时，各个台阶的零位电压（数字量）被保存于后台数据库中。

2传感装置的倍率测定。设传感装置倍率初始值为K₀，零位直流电压为U₀，清零前尺寸值为D₀，校正后的传感装置倍率为K₁，传感装置测得当前直流电压值为U_a，传感装置测得当前尺寸值为D_a。将当前尺寸清零，记录清零前测量值和零位电压，在所要加工成的合格件的中部台阶轴段处放置一定规格尺寸的校对规（塞尺），倍率校对规值为D，在主动测量控制仪尺寸移动窗口中输入校对规的尺寸值，测量系统按式（1）和（2）进行计算倍率值。

D_a＝(U_a-U₀)×K₀（1）

$K_1=\frac{D}{U_a-(D_0/K_0)}---\left(2\right)$

为了使倍率更为准确，令K₀＝K₁，重复进行以上的操作2至3次。将最终的传感装置的倍率值存放在后台数据库中。

3调取零件各台阶参数。在磨床上安装好待加工的零件，磨削加工时，磨床首先通过I/O口给测主动测量控制仪发送其将要进行磨削的台阶号，主动测量控制仪从后台数据库中调用对应台阶的零位电压值和传感装置倍率值。

4产生零位电压模拟量和基准补偿电压。对即将磨削的台阶的零位电压（数字量）通过I/O板卡传送到基准补偿电路的数模转换芯片AD7549中，进行数字量模拟量的转换，得到零位电压的交流模拟量。同时，因零位调整需要0.05V的交流基准电压，可通过软件控制数模转换芯片进行相应输出。

5传感装置电压值的零位调整校正。设零位交流电压为u₀，补偿电压为u_b，补偿系数为k，当前传感装置交流电压值为u_a，零位校正后的传感装置交流电压值为u，交流直流转换系数k_c，经过调理电路得到的传感装置直流电压值为U，则有：

u_b＝0.05×k+u₀（3）

u＝u_a-u_b（4）

U＝u×k_c（5）

当U值在量程±10V范围内时，k＝0；当U值超出量程时，k分别取1，2，3，…，直到U值在量程范围内。

由于测头测量值有正负之分，在运放电路中进行的运算亦不同，运放电路中的模拟开关控制着进行不同运算放大过程，而模拟开关的开和关是由I/O板卡端口的高低电平控制着的。当传感装置的测量值为正值时，I/O板卡控制正向调零模拟开关闭合，调零补偿电压放大运算后与传感装置测量值相减，结果在经一次反向后输出，当传感装置测量值为负向时，I/O板卡控制着负向调零模拟开关闭合，传感装置测量值先反向处理，后与放大后的零位补偿电压进行相减运算，结果直接输出。

6传感装置测量尺寸的计算。将经过零位调整校正后的传感装置测量值对应的交流电压值转换为直流电压值，并将其与传感装置的倍率进行运算，获得该台阶的当前尺寸值,根据当前尺寸值，控制磨床对该台阶进行加工，重复上述过程，可以得到该零件的各个台阶的尺寸值，从而控制磨床对该零件各个台阶的磨削加工。

本发明多台阶工件的在线移动磨削方法的实施例

本发明通过在磨削加工前先在磨床上安装所要加工成的合格件和标准校对规，对各个台阶的零位电压和传感装置的倍率值进行测定，把各个台阶的零位电压和倍率值放入后台数据库中。在磨削加工中，后台程序可根据磨削进程数据库中调用相应台阶的零位电压和倍率值，对测头进行自动调零，其具体过程和本发明多台阶工件的在线移动测控方法的实施例中的描述相同，这里不再详述。根据上述测控方法获得该台阶的当前尺寸值,根据当前尺寸值，和该台阶磨削过程中根据预先设定的信号点，测量控制器判断是否到达下一个磨削状态，当到达改变磨削状态时，测量控制器向磨床发出下一个磨削状态信号，数控磨床控制砂轮进入下一个磨削状态，直至砂轮快速后退到原位，结束该台阶磨削过程。将该待加工零件进行轴向移动，驱动装置驱动传感装置进入测量位，重复上述过程，对该工件的下一个台阶进行磨削，直至完成该工件所有台阶的磨削。

本发明对具有多台阶的工件（如：阶梯轴）在磨削过程中，传感装置从一个台阶到下一个台阶，磨床无需停机和人工对传感装置进行调零，而是通过主动测量控制仪调用该台阶预先设定的参数，通过基准自动转换和零位调整校正，从而获得该台阶尺寸值，对比预先设定的磨削状态信号点，主动测量控制仪器向机床控制系统发出信号，控制机床相应动作。测量控制仪能够进行在线移动测量和自动控制磨削进程，从而依次完成各个台阶的自动磨削加工。

Claims (10)

1.多台阶工件的在线移动测控方法，其特征在于：该测控方法的步骤如下：

1)利用磨床传感装置对所要加工成的合格件的各个台阶的标准尺寸进行测定，得到各个台阶的标准尺寸所对应的电压值，并将该电压值设定为待加工零件对应台阶的零位电压，同时测定传感装置电压变化相对于尺寸变化的倍率值，并将各台阶的零位电压和传感装置的倍率值储存至后台系统数据库中；

2)在对安装在磨床上待加工的台阶零件的某个台阶磨削加工时，从后台数据库中调取磨床将要进行磨削待加工零件的台阶号以及相对应的零位电压以及传感装置的倍率值；

3)将对应的零位电压进行数模转换，得到零位电压的交流模拟量，根据该零位电压的交流模拟量对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整；

4)将经过零位调整校正后的传感装置测量值对应的交流电压值转换为直流电压值，并将其与传感装置的倍率进行运算，获得该台阶的当前尺寸值,根据当前尺寸值，控制磨床对该台阶进行加工，直至该台阶达到零位电压，控制该零件轴向移动，重复步骤2)、3)和4)，得到该零件磨削过程中各个台阶测量尺寸值，从而控制待加工零件各个台阶磨削过程。

2.根据权利要求1所述的多台阶工件的在线移动测控方法，其特征在于：所述步骤1)传感装置倍率的测定是通过在所要加工成的合格件轴向中部台阶处放置一定规格尺寸的校对规，根据校对规的尺寸值、传感装置倍率初始值，零位直流电压、清零前尺寸值、当前直流电压值和传感装置测得当前尺寸值计算得到。

3.根据权利要求1所述的多台阶工件的在线移动测控方法，其特征在于：所述步骤3)中对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整校正是通过传感装置的测量值和调零补偿电压进行计算得到，传感装置测量值如果为正值，调零补偿电压先经过放大运算后与传感装置测量值相减，结果再经过一次反向后输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值；当传感装置测量值为负值时，测量值先反向处理，后与放大后的零位补偿电压进行相减运算，结果直接输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值。

4.根据权利要求2所述的多台阶工件的在线移动测控方法，其特征在于：所述的倍率测量进行2到3次重复操作，将最终的传感装置的倍率存放在后台数据库中。

5.根据权利要求3所述的多台阶工件的在线移动测控方法，其特征在于：所述的调零补偿电压值是存放在后台数据库中台阶的零位电压值，并将其通过A/D芯片进行转换得到。

6.多台阶工件的在线移动磨削方法，其特征在于：该磨削方法的步骤如下：

a)利用磨床传感装置对所要加工成的合格件的各个台阶的标准尺寸进行测定，得到各个台阶的标准尺寸所对应的电压值，并将该电压值设定为待加工零件对应台阶的零位电压，同时测定传感装置电压变化相对于尺寸变化的倍率值，并将各台阶的零位电压和传感装置的倍率值储存至后台系统数据库中；

b)将待加工的零件安装在磨床上，从后台数据库中调取磨床将要进行磨削待加工零件的台阶号对应的零位电压以及传感装置的倍率值；

c)将对应的零位电压进行数模转换，得到零位电压的交流模拟量，根据该零位电压的交流模拟量对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整；

d)将经过零位调整后的传感装置测量值对应的交流电压值转换为直流电压值，并将其与传感装置的倍率进行运算，获得该台阶的当前尺寸值；

e)根据台阶磨削过程中预先设定的信号点和该台阶的当前尺寸值，判断是否达到下一个磨削状态，当到达下一个磨削状态时，控制磨床进入下一个磨削状态，直至该台阶磨削过程结束；

f)将该待加工零件进行轴向移动，驱动传感装置进入，重复步骤b)、c)、d)和e)，对该工件的下一个台阶进行磨削，直至完成该工件所有台阶的磨削。

7.根据权利要求6所述的多台阶工件的在线移动磨削方法，其特征在于：所述步骤a)传感装置倍率的测定是通过在所要加工成的合格件轴向中部台阶处放置一定规格尺寸的校对规，根据校对规的尺寸值、传感装置倍率初始值，零位直流电压、清零前尺寸值、当前直流电压值和传感装置测得当前尺寸值计算得到。

8.根据权利要求6所述的多台阶工件的在线移动磨削方法，其特征在于：所述步骤c)中对当前传感装置测得的交流电压值进行零位调整校正是通过传感装置的测量值和调零补偿电压进行计算得到，传感装置测量值如果为正值，调零补偿电压先经过放大运算后与传感装置测量值相减，结果再经过一次反向后输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值；当传感装置测量值为负值时，测量值先反向处理，后与放大后的零位补偿电压进行相减运算，结果直接输出，即为零位校正后的传感装置交流电压值。

9.根据权利要求7所述的多台阶工件的在线移动磨削方法，其特征在于：所述的倍率测量进行2到3次重复操作，将最终的传感装置的倍率存放在后台数据库中。

10.根据权利要求8所述的多台阶工件的在线移动磨削方法，其特征在于：所述的调零补偿电压值是存放在后台数据库中台阶的零位电压值，并将其通过A/D芯片进行转换得到。