在线测量技术在精密磨床中的应用
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数控加工一般采用离线测量模式，工件加工完成后需要搬运到检验部门进行检验，这种测量方式工件需要重新找正、设定原点，人为因素带入一定的误差，影响测量精度；工件在搬运、装卡过程中也容易出现变形与磕碰；造成操作工人劳动强度高，生产效率低。在线测量指工件加工完成后不拆卸，通过与机床集成在一起的测量系统直接对其进行测量，检验加工是否合格，这种方式可解决离线测量中存在的各种问题，有效提高加工效率。 精密磨床集成在线测量功能后，可实现工件内廓面测量成形、加工G代码自动编程、磨削量自动检测等功能，使数控磨床成为测量、加工一体化设备。本文介绍了实现精密磨床在线测量需解决的测量坐标系建立、工件曲面建模、工件测量加工G代码生成等关键技术问题，并通过磨削试验验证了精密磨床在线测量功能。 1、在线测量精密磨床系统构成 精密数控磨床系统构成如图1所示，其包含 X、Y、Z 三个直线轴和C轴、电主轴两个旋转轴，其中C轴上装卡工件，通过X轴、Z轴、C轴三轴联动实现在线测量和磨削加工；电主轴上安装磨头，可以以最高12000r/h转速对工件进行磨削加工。 测头为雷尼绍手动旋转测头，分辨率为0.001mm，其优越的三维测量性能与高精度光栅尺相配套，可保证产品测量的准确度。旋转测头可以克服因被加工产品长，被测空间小所带来的死区，提高测量效率。测头安装在测量杆上，信号通过数控系统快速I/O接口引入，以提高测量精度。测头接触工件瞬间可触发中断，数控系统通过MEAS命令记录当前坐标值，并记录到测量文件中。通过测量轨迹规划，可实现工件内阔面测量，测量结果作为加工G代码自动编程依据，通过加工前后测量结果对比可检验磨削量是否合格。 精密数控磨床为高精度机床，任何误差引入系统都将影响加工精度，本系统安装光学成像设备作为对刀系统，通过调整高精度光学镜头，可将测头和磨头在同一焦距下放大数倍，并将图像上传至上位计算机，分别记录测头和磨头中心点坐标值，找到二者之间相对位置关系，即可建立测量坐标系和加工坐标系。上位计算机采用高配置工作站，完成测量轨迹规划、测量G代码自动编程、测量结果曲面拟合、加工G代码自动编程、加工结果校验等大数据计算处理工作，同时提供人机交互界面，实现加工参数设定，加工G代码仿真执行，操作记录等功能。 840D数控系统执行测量和加工G代码，通过多轴插补运动实现工件的测量和磨削加工。 2、测量、加工坐标系建立 工件测量和加工都是基于工件母线曲线方程，其原点位于工件顶部，所以进行加工前需建立以该原点为基准的测量坐标系G54、加工坐标系G55。精密磨床光学对刀系统如图2所示，通过固定在磨床上的基准块和光学成像系统，找到测头和磨头与工件坐标原点之间相对位移，进而建立测量坐标系、加工坐标系。 （1）在安装基准块时准确测量其 X、Y、Z 三个方向与工作坐标原点的坐标差值，并通过销钉将其固定在床身上，确保二者坐标差值固定不变。 （2）测头测量基准块XY、Z 三个端面，数控系统自动记录测头中心点坐标值，通过与基准块坐标差值计算，得到测头相对于工件坐标原点位移，在数控系统中设置坐标偏移值，建立测量坐标系 G54。 （3） 通过光学成像系统找到测头中心点与磨头中心点 X 向、Z 向坐标差值，通过与测量坐标差值计算，得到磨头相对于工件坐标原点位移，在数控系统中设置坐标偏移值，建立加工坐标系 G55。 3 、 数据处理方法及加工 G 代码生成 精密数控磨床通过对工件上分散点的测量得到点云数据，运用最小二乘法进行母线方向及圆周方向两维曲线拟合，得到被测工件回转体曲面。依此为基础，结合刀具（磨头）自身特点，根据加工参数自动生成加工 G 代码，保证加工精度。加工完成后可对加工区域再次进行测量，验证加工效果，检测加工误差，若误差超出了要求，可对未达标区域进行再加工，直到满足加工要求。 对工件内廓面精密测量和修磨加工是数控磨床两大最基本功能，数据处理是将测量和加工联系起来的桥梁，同时也是按要求精密修磨的关键。 |
