高 毅

（上海機床廠有限公司 上海 200093）

目前，在不帶有光柵尺的數(shù)控磨床上，由于機床本身的重復定位精度，砂輪修整中砂輪的損耗等原因常常會導致工件磨削到最后的尺寸超差。很多機床只能通過操作人員的磨削經(jīng)驗在每次磨削時手動輸入來補償。這種補償方式需要操作人員在每次磨削完成后測量工件尺寸，計算所需補償量。而且，隨著砂輪的損耗，補償量將會變大。本文介紹的補償方式克服了現(xiàn)在磨床補償方式的缺點，提供一種基于端面外圓磨床磨削中坐標自動補償方法，該方法能在磨削過程中自動補償由于機床本身重復定位精度，以及砂輪損耗所造成的誤差。

1 建立工件坐標系

建立工件坐標系，使工件的零點與工件坐標系的零點一致，在每次建立坐標系時，將目標坐標與機械坐標的差值存入宏變量，使用數(shù)控宏變量記憶坐標刷新補償量與砂輪修整補償量，在每次開機時調(diào)用程序重新計算坐標值，自動補償工件坐標。

2 手動設定坐標

將補償后坐標與補償前的差值存入宏變量，與砂輪金剛石坐標相加，計算出新的金剛石坐標與砂輪架安全位坐標。

3 磨削過程

在磨削多檔工件的第一檔中使用量儀進行實時在線測量，當工件磨削余量為零時，量儀發(fā)出一個信號給CNC，利用這個信號，在程序中使用跳轉(zhuǎn)指令，同時進刀結(jié)束，并將當前工件坐標值刷新為工件的目標尺寸，之后的磨削檔位將以新的坐標系進行磨削.

對每一次的量儀補償值進行累加，存入一個宏變量中記為量儀累積補償值。在下一次磨削前將第一次建立的坐標值減去量儀累積補償值。

4 坐標自動補償

首先，工件磨削中需要建立一個工件坐標系，在這個坐標系中工件零點與工件坐標系零點一致。但每次開機后要重新建立新的坐標系，所以，在每次建立坐標系時，將目標坐標與機械坐標的差值存入宏變量，每次開機時，根據(jù)存入的宏變量再一次建立坐標系。例如：一個工件的直徑為Φ100 mm，這時機械坐標可能在任意位置，但利用宏變量可以建立一個工件坐標系，在這個坐標系中，使砂輪剛剛碰到工件的位置的X軸坐標為100 mm，這樣就可以說工件零點與工件坐標系零點一致，如圖1所示。Z軸坐標可以根據(jù)不同情況設定。

在沒有建立工件坐標系之前，一般工件坐標的值并不確定。要先讀取當前工件坐標系的值，將數(shù)值儲存在宏變量，記作X初始值和Z初始值。

然后，根據(jù)不同工件的需要設定一個新的坐標系，這個新的坐標值也把他存儲在一個宏變量里面，記為X設定值和Z設定值。用設定值減初始值：

Z補償值1=Z設定值—Z初始值

X補償值1，Z補償值1存入宏變量。

例：通過“調(diào)用程序”指令調(diào)用程序1000讀入

當前坐標：

O1000

#500=0

#501=0

#502=#5021

#503=#5022

#504=#5001

#505=#5001

#506=#5002

#507=#5002

M02

然后調(diào)用程序1001

O1001

IF[#500EQ0]GOTO10

IF[#500EQ3.0]GOTO40

IF[#500EQ4.0]GOTO50

GOTO100

N10

#502=#504-#505

#503=#506-#507

#548=#548-#502

#549=#549-#503

#544=#544-#502

#545=#545-#503

GOTO91

N40

#544=#504

GOTO90

N50

#545=#506

GOTO90

N90

#501=0

#502=0

#503=0

N91

#504=0

#505=0

#506=0

#507=0

#500=0

M98P1002

N100

M02

圖1 工件零點與工件坐標系零點一致示意圖

在磨削過程中砂輪會產(chǎn)生鈍化，造成磨削力下降，影響磨削，表面產(chǎn)生振紋等問題。鈍化后的砂輪需要進行修銳，但是，砂輪修銳后直徑將會變小，如果不進行補償，在接下來的定程自動磨削中工件尺寸將會偏大。這時機床需要人為的憑借經(jīng)驗將偏差補償?shù)簦浅５牟环奖?。?shù)控機床通過將每次砂輪的修整量計算出來，儲存在一個宏變量里面，在端面外圓磨床中考慮到端面切削力的關(guān)系，砂輪導軌一般會與臺面導軌成一定的角度（如圖2所示），所以為了保持砂輪修整后的形狀不變，端面與外圓的修整量將成一定的比例。這個比列與砂輪導軌與臺面形成的角度有關(guān)。假設機床每次外圓的修整量為X修整量，端面方向上的修整量為Z修正量，θ為砂輪導軌與床身的角度。則：

Z修正量=（TANθ×X修正量）/2

將每次砂輪修整的數(shù)值累積到一個宏變量中儲存起來，記為X補償值2，Z補償值2。

#565=#564×TAN[θ]

#565=#565/2

#542=#542-#564

#543=#543-#565

圖2 端面外圓磨床中砂輪導軌與臺面導軌成一角度示意圖

在每次開機時調(diào)用一次程序?qū)ι鲜鰠?shù)進行計算，建立工件坐標系X，Z。在坐標刷新的同時需要對砂輪架安全位置進行刷新，由于砂輪修整后還需要刷新坐標系，所以在將這個程序放在作為子程序放在每一段程序之前。如程序1002：

O1002

G94

#101=#5021*COS[θ]+#548-#542

#103=#5021/2

#103=#103*SIN[θ]

#102=#5022+#103+#519-#513

G92X#101Z#102

#100=#542/2

#524=#590*COS[θ]+#548-#542

#524=#524+5.0

M99

通過上述的補償策略后，可以保證第一次修整砂輪后工件尺寸精度，但是，下一次修整砂輪之前的工件尺寸會因為砂輪在磨削中的損耗而偏大，在上述補償?shù)幕A上還需要使用測量儀進行實時在線測量，可以在磨削過程中監(jiān)控工件的尺寸，當工件

磨削余量為零時，測量儀可以發(fā)出一個信號給CNC。利用這個信號，在程序中使用跳轉(zhuǎn)指令：G31P1U0.5F0.05，跳轉(zhuǎn)信號使用量儀在磨削余量為零時發(fā)出的信號，當?shù)玫竭@個信號的同時進刀結(jié)束，這樣工件尺寸將會由測量儀控制。

在實際磨床磨削過程中，工件常常包括多檔外圓需要磨削。由于磨削成本，機械結(jié)構(gòu)，以及磨削速度等種種原因，無法在每一檔的磨削過程中都使用量儀進行實時的在線測量。所以，必須保證在第一檔磨削使用量儀保證，在量儀發(fā)出信號后，立刻刷新工件坐標系，將外圓坐標值X刷新為第一檔工件的目標尺寸。例：當量儀磨削余量為零信號發(fā)出，這個時候假設工件的目標尺寸為90.000mm。但是，由于手動對刀中的誤差或者磨削中的砂輪損耗等原因，工件坐標系的X軸坐標與實際尺寸不符，假設為 90.005mm，這時再一次建立工件坐標系，將當前工件坐標值刷新為工件的目標尺寸 90.000mm。這時以新建立的工件坐標系磨削下一檔外圓時，由于在磨削第一檔外圓時已經(jīng)用量儀對坐標系進行補償，工件的磨削精度將大大提高。將補償前的工件坐標90.005減去刷新的工件目標尺寸90.000將這個差值存入一個宏變量中，記為量儀補償值。對每一次的量儀補償值進行累加，存入一個宏變量中記為量儀累積補償值。在下一次磨削前將第一次建立的坐標值X減去量儀累積補償值：

X2=X-累積補償值

以X2再一次建立坐標系，在量儀發(fā)信后，調(diào)用子程序O1003

O1003

G94

#521=#591-#5001

#522=#522+#521

G92X#591Z#5002

O1004

G94

#101=#5021×COS[θ ]+#518-#512+#522（測量儀累積補償值）

#103=#5021/2

#103=#103*SIN[θ]

#102=#5022+#103+#519-#513

G92X#101Z#102

5 結(jié)語

本文的補償方式克服了現(xiàn)在磨床補償方式的缺點，提供一種基于端面外圓磨床磨削中坐標自動補償方法，該方法能在磨削過程中自動補償由于機床本身重復定位精度，以及砂輪損耗所造成的誤差。