基于端面外圆磨床磨削坐标自动补偿方法
2018-12-15高毅
高 毅
（上海机床厂有限公司 上海 200093）
目前，在不带有光栅尺的数控磨床上，由于机床本身的重复定位精度，砂轮修整中砂轮的损耗等原因常常会导致工件磨削到最后的尺寸超差。很多机床只能通过操作人员的磨削经验在每次磨削时手动输入来补偿。这种补偿方式需要操作人员在每次磨削完成后测量工件尺寸，计算所需补偿量。而且，随着砂轮的损耗，补偿量将会变大。本文介绍的补偿方式克服了现在磨床补偿方式的缺点，提供一种基于端面外圆磨床磨削中坐标自动补偿方法，该方法能在磨削过程中自动补偿由于机床本身重复定位精度，以及砂轮损耗所造成的误差。
1 建立工件坐标系
建立工件坐标系，使工件的零点与工件坐标系的零点一致，在每次建立坐标系时，将目标坐标与机械坐标的差值存入宏变量，使用数控宏变量记忆坐标刷新补偿量与砂轮修整补偿量，在每次开机时调用程序重新计算坐标值，自动补偿工件坐标。
2 手动设定坐标
将补偿后坐标与补偿前的差值存入宏变量，与砂轮金刚石坐标相加，计算出新的金刚石坐标与砂轮架安全位坐标。
3 磨削过程
在磨削多档工件的第一档中使用量仪进行实时在线测量，当工件磨削余量为零时，量仪发出一个信号给CNC，利用这个信号，在程序中使用跳转指令，同时进刀结束，并将当前工件坐标值刷新为工件的目标尺寸，之后的磨削档位将以新的坐标系进行磨削.
对每一次的量仪补偿值进行累加，存入一个宏变量中记为量仪累积补偿值。在下一次磨削前将第一次建立的坐标值减去量仪累积补偿值。
4 坐标自动补偿
首先，工件磨削中需要建立一个工件坐标系，在这个坐标系中工件零点与工件坐标系零点一致。但每次开机后要重新建立新的坐标系，所以，在每次建立坐标系时，将目标坐标与机械坐标的差值存入宏变量，每次开机时，根据存入的宏变量再一次建立坐标系。例如：一个工件的直径为Φ100 mm，这时机械坐标可能在任意位置，但利用宏变量可以建立一个工件坐标系，在这个坐标系中，使砂轮刚刚碰到工件的位置的X轴坐标为100 mm，这样就可以说工件零点与工件坐标系零点一致，如图1所示。Z轴坐标可以根据不同情况设定。
在没有建立工件坐标系之前，一般工件坐标的值并不确定。要先读取当前工件坐标系的值，将数值储存在宏变量，记作X初始值和Z初始值。
然后，根据不同工件的需要设定一个新的坐标系，这个新的坐标值也把他存储在一个宏变量里面，记为X设定值和Z设定值。用设定值减初始值：
Z补偿值1=Z设定值—Z初始值
X补偿值1，Z补偿值1存入宏变量。
例：通过“调用程序”指令调用程序1000读入
当前坐标：
O1000
#500=0
#501=0
#502=#5021
#503=#5022
#504=#5001
#505=#5001
#506=#5002
#507=#5002
M02
然后调用程序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
图1 工件零点与工件坐标系零点一致示意图
在磨削过程中砂轮会产生钝化，造成磨削力下降，影响磨削，表面产生振纹等问题。钝化后的砂轮需要进行修锐，但是，砂轮修锐后直径将会变小，如果不进行补偿，在接下来的定程自动磨削中工件尺寸将会偏大。这时机床需要人为的凭借经验将偏差补偿掉，非常的不方便。数控机床通过将每次砂轮的修整量计算出来，储存在一个宏变量里面，在端面外圆磨床中考虑到端面切削力的关系，砂轮导轨一般会与台面导轨成一定的角度（如图2所示），所以为了保持砂轮修整后的形状不变，端面与外圆的修整量将成一定的比例。这个比列与砂轮导轨与台面形成的角度有关。假设机床每次外圆的修整量为X修整量，端面方向上的修整量为Z修正量，θ为砂轮导轨与床身的角度。则：
Z修正量=（TANθ×X修正量）/2
将每次砂轮修整的数值累积到一个宏变量中储存起来，记为X补偿值2，Z补偿值2。
#565=#564×TAN[θ]
#565=#565/2
#542=#542-#564
#543=#543-#565
图2 端面外圆磨床中砂轮导轨与台面导轨成一角度示意图
在每次开机时调用一次程序对上述参数进行计算，建立工件坐标系X，Z。在坐标刷新的同时需要对砂轮架安全位置进行刷新，由于砂轮修整后还需要刷新坐标系，所以在将这个程序放在作为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
通过上述的补偿策略后，可以保证第一次修整砂轮后工件尺寸精度，但是，下一次修整砂轮之前的工件尺寸会因为砂轮在磨削中的损耗而偏大，在上述补偿的基础上还需要使用测量仪进行实时在线测量，可以在磨削过程中监控工件的尺寸，当工件
磨削余量为零时，测量仪可以发出一个信号给CNC。利用这个信号，在程序中使用跳转指令：G31P1U0.5F0.05，跳转信号使用量仪在磨削余量为零时发出的信号，当得到这个信号的同时进刀结束，这样工件尺寸将会由测量仪控制。
在实际磨床磨削过程中，工件常常包括多档外圆需要磨削。由于磨削成本，机械结构，以及磨削速度等种种原因，无法在每一档的磨削过程中都使用量仪进行实时的在线测量。所以，必须保证在第一档磨削使用量仪保证，在量仪发出信号后，立刻刷新工件坐标系，将外圆坐标值X刷新为第一档工件的目标尺寸。例：当量仪磨削余量为零信号发出，这个时候假设工件的目标尺寸为90.000mm。但是，由于手动对刀中的误差或者磨削中的砂轮损耗等原因，工件坐标系的X轴坐标与实际尺寸不符，假设为 90.005mm，这时再一次建立工件坐标系，将当前工件坐标值刷新为工件的目标尺寸 90.000mm。这时以新建立的工件坐标系磨削下一档外圆时，由于在磨削第一档外圆时已经用量仪对坐标系进行补偿，工件的磨削精度将大大提高。将补偿前的工件坐标90.005减去刷新的工件目标尺寸90.000将这个差值存入一个宏变量中，记为量仪补偿值。对每一次的量仪补偿值进行累加，存入一个宏变量中记为量仪累积补偿值。在下一次磨削前将第一次建立的坐标值X减去量仪累积补偿值：
X2=X-累积补偿值
以X2再一次建立坐标系，在量仪发信后，调用子程序O1003
O1003
G94
#521=#591-#5001
#522=#522+#521
G92X#591Z#5002
O1004
G94
#101=#5021×COS[θ ]+#518-#512+#522（测量仪累积补偿值）
#103=#5021/2
#103=#103*SIN[θ]
#102=#5022+#103+#519-#513
G92X#101Z#102
5 结语
本文的补偿方式克服了现在磨床补偿方式的缺点，提供一种基于端面外圆磨床磨削中坐标自动补偿方法，该方法能在磨削过程中自动补偿由于机床本身重复定位精度，以及砂轮损耗所造成的误差。
