数控磨床中误差补偿与砂轮修整的问题

一、前言

磨削加工中，砂轮的磨损状态是影响磨削质量的一个主要因素。砂轮在磨削过程中，磨粒逐渐磨钝而失往切削能力，若继续磨削，就会增加砂轮与工件之间的摩擦而发热，磨削质量将明显下降。这主要是由于磨粒的钝化，砂轮表面被堵以及砂轮外形失真所致，因此实时检测砂轮状态并及时修整，对保证磨削质量意义重大。

 二、传动误差及补偿技术

传动误差主要指传动链的制造精度与传动间隙，采用数控系统软件误差补偿方法，可以在机床的机械部分不作任何改进的情况下，使其总体精度明显进步。精度软件误差补偿技术对进步数控机床的精度有两方面的意义，一是与制造精度的进步相结合，使数控机床的总体精度上升一个新的台阶。二是在机床数控化改造时实施软件误差补偿，以实现廉价的机床精度升级。

1.齿隙误差补偿原理

磨具磨床磨削微信不错！齿隙补偿又称反向间隙补偿机械传动链在改变转向（如工作台改变移动方向，旋转轴改变转向）时，由于齿隙的存在，会引起伺服电机空走，而工作台无实际移动，又称失动在半闭环系统中，这种齿隙误差对于机床加工精度具有很大影响，必须加以补偿，CNC系统是在位控程序计算反馈位置的过程中加进齿隙补偿以求得实际反馈位置增量。各坐标轴的齿隙值被预先测定好，作为机床基本参数，以伺服分辨率为单位输进内存。每当检测到坐标轴改变方向时，自动将齿隙补偿值加到由反馈元件检测到的反馈位置中，以补偿因齿隙引起的失动。

2.等间距螺距误差补偿

所谓等间距指的是补偿点间的间隔是相等的，等间距螺距误差补偿选取机床参考点作为补偿的基础点，机床参考点由反馈系统提供的相应基准脉冲来选择，具有很高的正确度，是机床的基本参数之一。在实现软件补偿之前，必须测得各补偿点的反馈增量修正值（以伺服分辨率为单位存进表中），较高精度的CNC系统，一般采用激光干涉仪丈量的实际位置与发送的指令位置相比较，得到相应补偿点的反馈增量修正值。即：补偿点反馈增量修正值=（数控指令命令值一实际位置值）／伺服分辨率。

螺距误差补偿程度一般包含在位控程序中。在控制系统算出工作台当前位置的尽对坐标时，调用螺距误差补偿程序，实现反馈增量的补偿及位置的补偿。由于等间距螺距误差补偿各坐标轴的补偿点数及补偿点间距是一定的，通过给补偿点编号，能很方便地用软件实现。但这样的补偿，由于补偿点位置定得过死而缺少柔性，要想获得满足机床工作实际需要的补偿，最好是使用螺距误差补偿法，即不等间距的螺距误差补偿法。采用反向间隙补偿和等间距的螺距误差补偿后，机床的精度明显进步，运动精度由140μm进步到40μm以内。

三、砂轮磨损检测与修整

磨削加工中，不仅磨粒的尺寸、外形和分布对加工过程有影响，而且砂轮的气孔状况也起着重要的作用，当气孔被严重堵塞时，砂轮寿命会过早结束。砂轮堵塞是磨削加工中的普遍现象，不论加工条件选择的如何公道，要完全防止堵塞是不可能的。砂轮堵塞会加剧磨损，影响磨削质量。为避免磨削加工中出现废品，就需要在磨削加工过程中对砂轮实施在线检测技术，在线检测能在制造的早期阶段消除质量题目，这样就不会造成废品。

1.接触式砂轮磨损检测方法

在磨削加工中，砂轮的磨损状态是砂轮磨削性能好坏的重要指标之一，它影响着磨削加工的生产效率和加工质量。砂轮在磨削过程中，磨粒逐渐磨钝而失往切削能力，若继续磨削，就会增加砂轮与工件之间的摩擦而发热，磨削质量将明显下降。这主要是由于磨粒的钝化、砂轮表面被堵以及砂轮外形失真所致。利用激光功率谱的检测、CCD的动态监控和应用粗糙集理论建立专家知识库进行在线监测意义重大，但磨削加工中受磨屑、切削液的影响，信号检测轻易失真，而且投进较大，实际应用、维护有很大难度。

如图1，检测砂轮时，砂轮首先移动到某一固定点（可以设为第二参考点），在砂轮转动的情况下，传感器沿轨道在A到B点间往复移动，检测到的最大与最小信号值之差即为砂轮修整量，把经过处理的信号值输进单片机，从而控制砂轮修整量。

2.砂轮修整

轴承磨削砂轮轮廓较为简单，砂轮修整轨迹控制方便，改造中拟采用金刚石轮轨迹修整法，修整原理如图2所示，图中SQ1为接触式丈量探头到位开关，SQ2为丈量探头后退到位行程开关，SQ3为修整轮进给到位行程开关，SQ4为修整轮后退到位行程开关，STOP为停止开关。

砂轮修整时，除旋转外，X、Z轴做圆弧插补移动，修整器（金刚石轮）只做旋转运动。当检测结束后，修整轮移动到修整位置，按检测到的最大误差自动分步进给至修整量，砂轮按预定的修整轨迹往复运动多次，实现砂轮修整。

四、砂轮修整具体措施

为了实现砂轮的自动检测与修整，改造中采用AT89C51型单片机，采用可伸缩电阻式传感器，实现修整量控制，并通过单片机控制步进电动机实现修整量进给。

1.砂轮修整过程

如图2，当砂轮需要检测时，通过调用子程序，砂轮运动到修整位置，接触式丈量探头接近砂轮，到位后由SQ1发出信号，修整轮开始接近砂轮，到位后由SQ3发出信号，修整轮开始做匀速进给、砂轮开始沿“砂轮修整轨迹”做圆弧插补运动，修整轮移动完修整量后，砂轮再沿“砂轮修整轨迹”往复一次，结束修整，修整轮后退，到位后由SQ4发出信号，修整结束返回主程序。

2.手动修整过程

(1)可以按下点动进给或连续进给到达SQ3位置停止。

(2)根据砂轮的缺陷，确定进给的步数，并输进键盘，显示器可以显示出步数，按下确认键修整砂轮和砂轮启动。进给步进电机开始进给，直至进给完所给定的步数为止。

(3)可以点动后退，退出修整，或点动进给，进一步修整。

磨削加工属于微量精加工，砂轮对加工的影响较大，磨削中砂轮磨损较快，如何及时正确地检测砂轮的磨损程度，并实施修整，能极大地进步加工质量。

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