圆筒砂轮磨损量自动测量与补偿装置设计

　　0 引 言

　　磨床在磨削过程中，砂轮不可避免地会产生磨损。砂轮磨损后，不但会影响加工精度，也会恶化加工条件。为了保证加工精度，研究者需要及时地对砂轮的磨损量进行检测和补偿。但由于砂轮的磨损量小，磨损不均匀，受砂轮表面磨粒的非均匀分布及堵塞的影响，砂轮磨损量的高精度测量困难重重。常用的砂轮磨损量检测方法有滚动复印法、触针法、光截法、光反射法、光电自动测量法、电镜观察法、激光功率谱测量法、计算机像处理法等[1-7]。滚动复印法测量效率低，需要人工操作分析，不能用于自动测量;光截法主要用于观察磨粒形状及其变动情况，电镜观察法便于对磨削磨损部位、形式及其机理进行微观研究，光反射法主要用于磨损面积率测量，以上3种方法均用于砂轮磨损特征研究，使用条件要求高，不适合加工现场;激光功率谱法可以用于在线检测砂轮工作表面的磨料棱面磨损宽度、磨耗面积及磨粒切刃数，声检测法主要用于砂轮磨钝判断，均不能检测出砂轮径向或轴向磨损量;光电自动测量法可以用于实现对砂轮工作面后磨粒的跟踪检测，但装置费用高;而且由于立式磨削过程中砂轮工作表面与工件表面完全接触，以上方法均不适用。触针法可以用于直接测量砂轮的磨损量，作为一种经济性好、测量精度高的测量方法可应用于磨削现场，但由于触针直接与砂轮接触，磨损快，影响了测量精度和测量装置的使用寿命。

　　针对这种情况，本研究结合立式圆筒砂轮磨削的研究，基于在位测量原理设计一种精确测量立式圆筒砂轮磨损量装置，采用激光传感器实现非接触式测量。

　　1 圆筒砂轮磨损量的检测原理

　　立式磨床在使用圆筒砂轮端面磨削大平面时，为避免磨削烧伤，研究者常选用硬度较低的砂轮[8]，因而圆筒砂轮的磨损较快。圆筒砂轮的轴向磨损是造成磨削加工误差的主要因素，故需对砂轮轴向磨损量及时进行测量并进行相应的补偿。在不考虑其他因素对加工精度的影响时，砂轮磨损示意图如图1所示，在圆筒砂轮磨削平面过程中，砂轮的轴向(Z 向)磨损会导致工件在Z向的加工误差，砂轮的轴向磨损量Δ最终复印到工件上。研究者通过测量装置精确测出工件Z向的加工误差，就可以为砂轮磨损补偿提供数据。

　　工件测量常用的测量方式有离线测量、在位测量和在线测量;离线检测效率低，存在由定位基准变化所带来的误差;由于受磨削过程中磨削热、切削液和磨屑的影响，实现砂轮磨损量的实时在线测量非常困难;而在位测量可免除离线测量时由于定位基准所带来的误差，效率相对较高，不受工件尺寸影响，其结果更接近于实际加工情况。基于以上分析，针对平面磨削(端面磨)的特点，本研究提出一种基于在位测量原理[9-11]的砂轮磨损量测量方法，即通过检测已加工表面在圆筒砂轮轴向(Z向)上的尺寸变动量，间接实现砂轮磨损量的测量，为砂轮磨损补偿提供数据。同时如果 Z 向的尺寸变动量超出了加工误差允许的范围，则研究者在完成砂轮磨损补偿后需对工件进行补偿加工，直至加工误差满足要求。