一、引言：

       在硬質合金刀具的磨削加工中，隨著工件磨削數量的增多，砂輪會出(chu)現磨損(sun)，從而(er)導致硬質合(he)金(jin)刀具參數發生(sheng)(sheng)變(bian)化。為保證硬質合(he)金(jin)刀具的(de)(de)加工(gong)質 量(liang)，在批量(liang)生(sheng)(sheng)產過程中(zhong)需監控硬質合(he)金(jin)刀具的(de)(de)實(shi)際(ji)(ji)加工(gong)尺寸(cun)，根據(ju)實(shi)際(ji)(ji)加工(gong)尺寸(cun)的(de)(de)變(bian)化反饋出(chu)砂輪狀態的(de)(de)變(bian)化，進而(er)對砂輪的(de)(de)磨損(sun)進行(xing)補償。目前企(qi)業生(sheng)(sheng)產中(zhong)主要是(shi)通(tong)過停機人工(gong)對工(gong)件(jian)尺寸(cun)進行(xing)檢測(ce)， 再根據(ju)檢測(ce)結果手動修改程序對砂輪磨損(sun)做出(chu)補償。因此，發展砂輪在線檢測(ce)技術(shu)是(shi)保證硬質合(he)金(jin)刀具的(de)(de)尺寸(cun)及減少停機時間(jian)的(de)(de)關鍵，可以為提高生(sheng)(sheng)產效率提供(gong)技術(shu)支撐。

       國內外對(dui)砂輪在(zai)(zai)線檢(jian)測(ce)(ce)(ce)和自動補償(chang)技(ji)術在(zai)(zai)數控(kong) 機(ji)床上的(de)應(ying)用做(zuo)了大(da)量(liang)研(yan)究工作。從研(yan)究成果看， 在(zai)(zai)線檢(jian)測(ce)(ce)(ce)在(zai)(zai)數控(kong)機(ji)床上的(de)應(ying)用主要是實現簡單回轉(zhuan) 類(lei)工件的(de)在(zai)(zai)線測(ce)(ce)(ce)量(liang)。在(zai)(zai)線檢(jian)測(ce)(ce)(ce)方法(fa)(fa)分為直接(jie)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)(fa)和間接(jie)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)(fa)。直接(jie)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)(fa)包括射線測(ce)(ce)(ce)量(liang)法(fa)(fa)、光導纖維測(ce)(ce)(ce)量(liang)法(fa)(fa)、機(ji)器視覺法(fa)(fa)、接(jie)觸電阻測(ce)(ce)(ce)量(liang)法(fa)(fa)和放(fang)電電流測(ce)(ce)(ce)量(liang)法(fa)(fa)等(deng)，但(dan)易受磨削油(you)等(deng)環境的(de)影響。間接(jie)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)(fa)包括切削力(li)法(fa)(fa)、切削振(zhen)動法(fa)(fa)和工件尺寸法(fa)(fa)等(deng)， 被監測(ce)(ce)(ce)對(dui)象單一，無法(fa)(fa)同時監測(ce)(ce)(ce)多(duo)組(zu)砂輪。

       自動(dong)(dong)補(bu)償(chang)(chang)(chang)方法可(ke)利用生產(chan)(chan)工(gong)藝特點和(he)(he)工(gong)件(jian)參數 變化規(gui)律，編寫宏程(cheng)序來實現(xian)產(chan)(chan)品(pin)(pin)自動(dong)(dong)補(bu)償(chang)(chang)(chang)，但僅適用于(yu)單一產(chan)(chan)品(pin)(pin)生產(chan)(chan)。同時也(ye)可(ke)結合(he)在線(xian)檢(jian)測(ce)方 法，通過(guo)開(kai)(kai)(kai)發在線(xian)檢(jian)測(ce)系統(tong)(tong)實現(xian)產(chan)(chan)品(pin)(pin)自動(dong)(dong)補(bu)償(chang)(chang)(chang) 。在線(xian)檢(jian)測(ce)系統(tong)(tong)開(kai)(kai)(kai)發的靈活性(xing)強，受限于(yu)機床數控(kong)系統(tong)(tong)對客(ke)戶端(duan)的開(kai)(kai)(kai)放程(cheng)度，自行開(kai)(kai)(kai)發難度較大。硬質(zhi) 合(he)金(jin)立銑(xian)刀刀型(xing)復雜且尺(chi)寸參數多(duo)，難以實現(xian)全(quan)部尺(chi)寸參數的在線(xian)檢(jian)測(ce)及(ji)自動(dong)(dong)補(bu)償(chang)(chang)(chang)，目前還未(wei)見到關(guan)于(yu)硬質(zhi)合(he)金(jin)立銑(xian)刀在線(xian)檢(jian)測(ce)技術和(he)(he)自動(dong)(dong)補(bu)償(chang)(chang)(chang)的相(xiang)關(guan)報告。

       本文介紹了(le)一種(zhong)通(tong)過(guo)對砂輪(lun)(lun)狀態的(de)在(zai)(zai)線檢測與補償(chang)，以(yi)保證硬質合(he)金刀(dao)具(ju)(ju)生(sheng)產(chan)的(de)尺寸參數的(de)方法(fa)。闡述了(le)砂輪(lun)(lun)在(zai)(zai)線檢測方法(fa)、砂輪(lun)(lun)磨損自動(dong)補償(chang)及其在(zai)(zai)實際生(sheng)產(chan)中的(de)應用，可為企業對在(zai)(zai)線檢測和自動(dong)補償(chang)技術在(zai)(zai)硬質合(he)金刀(dao)具(ju)(ju)生(sheng)產(chan)上的(de)進(jin)一步(bu)研究和使(shi)用提供參考與借鑒(jian)。

       二、硬質合金立銑刀磨削工藝：

       如圖１所示，以標準四(si)刃(ren)平(ping)頭立(li)(li)銑(xian)刀(dao)(dao)加(jia)工(gong)為例(li)， 刀(dao)(dao)具(ju)規格見表１，僅(jin)選(xuan)取了(le)有代表性(xing)的(de)重要參數(shu)進行(xing)介紹。該款立(li)(li)銑(xian)刀(dao)(dao)的(de)切削(xue)刃(ren)主要由(you)螺旋(xuan)槽(cao)、周刃(ren)后(hou)角、端齒容屑槽(cao)和(he)端齒后(hou)角等(deng)部分組成(cheng)，利用砂(sha)輪表面磨粒對(dui)硬質合金棒材進行(xing)磨削(xue)加(jia)工(gong)而(er)成(cheng)，分別由(you)４個(ge)工(gong)步(bu)磨削(xue)而(er)成(cheng)，各工(gong)步(bu)加(jia)工(gong)順序、所用砂(sha)輪和(he)磨削(xue)參數(shu)如表２所示。

       圖２為各(ge)工(gong)(gong)步(bu)所用標(biao)準砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)的(de)裝配簡圖，各(ge)工(gong)(gong)步(bu)所用砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)的(de)組合(he)以(yi)加工(gong)(gong)中不產(chan)生(sheng)干涉、實(shi)現(xian)生(sheng)產(chan)效率最高(gao)為原則。各(ge)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)磨(mo)削點(dian)均選在(zai)(zai)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)的(de)大端 直徑上(shang)，以(yi)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun) Ａ為例(li)，砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)半徑ｒ１ 和砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)在(zai)(zai)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun) 桿上(shang)安裝位置 Ｌ１在(zai)(zai)磨(mo)削加工(gong)(gong)時發生(sheng)變(bian)化，砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)磨(mo)削點(dian) Ｇ１的(de)位置也發生(sheng)變(bian)化，此時硬質合(he)金刀具的(de)加工(gong)(gong)尺寸也會(hui)發生(sheng)變(bian)化。

       圖３為砂(sha)輪Ａ磨削表１中立銑刀(dao)螺旋槽時，砂(sha)輪磨削點與加工尺寸之間(jian)的關系。當因(yin)磨損而使砂(sha)輪直(zhi)徑減小時，硬(ying)質(zhi)合(he)金刀(dao)具(ju)的前角(jiao)將(jiang)變(bian)小，芯徑值和圓(yuan)周刃寬值將(jiang)增(zeng)大。

       三、砂輪在線檢測：3.1在線檢測裝置硬件結構：

       圖４為砂輪在線檢測(ce)裝置(zhi)，該裝置(zhi)配(pei)有意大利(li) ＭＡＰＯＳＳ公 司 生 產 的 三 維(wei) 高 精 度 接 觸 式 測(ce) 頭 ＴＬ２５Ｇ，固定在如圖５所示(shi)的機床工作頭上。

       對砂(sha)輪(lun)進(jin)(jin)行檢(jian)測時，接(jie)觸式(shi)測頭(tou)(tou)在氣動(dong)滑(hua)臺(tai)(tai)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)(xia)伸出，按指(zhi)定路徑(jing)隨直線軸移至指(zhi)定待測砂(sha)輪(lun)進(jin)(jin)行檢(jian)測；在砂(sha)輪(lun)檢(jian)測結束后，接(jie)觸式(shi)測頭(tou)(tou)在氣動(dong)滑(hua)臺(tai)(tai)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)(xia)收回，以(yi)免損(sun)壞接(jie)觸式(shi)測頭(tou)(tou)，并按指(zhi)定路徑(jing)返回到(dao)機床(chuang)零點。

       3.2在線(xian)檢測(ce)方法：

       砂輪表面金剛石磨粒在結合劑中的隨機分布見 圖 ６。由于砂輪表面上磨粒分布參差不齊，不具備 嚴格意義上的等高性，因此，檢測的砂輪尺寸會在一定范圍內發生變化。圖中黑色顆粒為金剛石顆粒， 在保證砂輪圓度≤０．０２ｍｍ的前提下，將經碳化硅修整(zheng)輪修整(zheng)后的(de)金剛(gang)石砂輪表面(mian)放在 Ｋｅｙｅｎｃｅ超景深(shen)顯微鏡（ＶＨＸ－７０００）下測(ce)量磨粒的(de)突出高度，如圖(tu)７所示(shi)，其中紅色部分是露出結合劑的(de)表面(mian)金剛(gang)石顆粒。

       對大(da)量實(shi)驗數據分(fen)析(xi)(xi)發現，磨(mo)(mo)粒在(zai)(zai)(zai)砂(sha)輪(lun)(lun)表面(mian)突(tu)(tu)出(chu)的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)約為(wei)(wei)(wei)磨(mo)(mo)粒粒徑(jing)的(de)(de)２０％ ～４０％。以磨(mo)(mo)粒粒徑(jing) ０．０５３μｍ（加工(gong)砂(sha)輪(lun)(lun) Ａ）為(wei)(wei)(wei)例，磨(mo)(mo)粒突(tu)(tu)出(chu)高(gao)(gao)度(du)為(wei)(wei)(wei) ０.０１０６～０.０２０６μｍ，即(ji)磨(mo)(mo)粒最(zui)(zui)低與(yu)最(zui)(zui)高(gao)(gao)突(tu)(tu)出(chu)高(gao)(gao)度(du)的(de)(de)差值為(wei)(wei)(wei) ０．０１μｍ。由上(shang)述分(fen)析(xi)(xi)可知，砂(sha)輪(lun)(lun)大(da)端直(zhi)(zhi)徑(jing)存在(zai)(zai)(zai)徑(jing)向跳動， 故探(tan)針測(ce)頭觸(chu)碰(peng)到的(de)(de)不一(yi)定是大(da)端直(zhi)(zhi)徑(jing)上(shang)的(de)(de)最(zui)(zui)高(gao)(gao)點。在(zai)(zai)(zai)實(shi)際磨(mo)(mo)削過程中，砂(sha)輪(lun)(lun)大(da)端直(zhi)(zhi)徑(jing)上(shang)最(zui)(zui)高(gao)(gao)點作(zuo)為(wei)(wei)(wei)磨(mo)(mo)削點直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)參與(yu)加工(gong)，導致測(ce)量值與(yu)砂(sha)輪(lun)(lun)實(shi)際值存在(zai)(zai)(zai)偏差。為(wei)(wei)(wei)使(shi)在(zai)(zai)(zai)線檢(jian)測(ce)的(de)(de)砂(sha)輪(lun)(lun)尺(chi)寸(cun)更真實(shi)，可在(zai)(zai)(zai)砂(sha)輪(lun)(lun)大(da)端直(zhi)(zhi)徑(jing)上(shang)一(yi)次選取多(duo)個不同(tong)點來檢(jian)測(ce)砂(sha)輪(lun)(lun)直(zhi)(zhi)徑(jing)，并將不同(tong)點處檢(jian)測(ce)所(suo)得(de)直(zhi)(zhi)徑(jing)的(de)(de)平均值作(zuo)為(wei)(wei)(wei)砂(sha)輪(lun)(lun)實(shi)際尺(chi)寸(cun)，以便(bian)砂(sha)輪(lun)(lun)尺(chi)寸(cun)更接(jie)(jie)近實(shi)際值。圖(tu) ８為(wei)(wei)(wei)在(zai)(zai)(zai)砂(sha)輪(lun)(lun)Ａ大(da)端直(zhi)(zhi)徑(jing)上(shang)選取均勻(yun)分(fen)布的(de)(de)測(ce)量點。

       圖９為不同測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)(dian)(dian)數量(liang)（從１個(ge)測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)(dian)(dian)到５個(ge)測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)(dian)(dian)）對在(zai)(zai)線(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結果(guo)的(de)影(ying)響。每種測(ce)(ce)(ce)量(liang)方式重復５次(ci)，每測(ce)(ce)(ce)完一次(ci)手動(dong)將砂輪隨機(ji)轉個(ge)位置，使測(ce)(ce)(ce)頭每次(ci)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)均為砂輪上的(de)不同點(dian)(dian)(dian)。可(ke)(ke)以看出(chu)，當取１個(ge)測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)(dian)(dian)時，在(zai)(zai)５次(ci)重復檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結果(guo)中，最(zui)大值與最(zui)小(xiao)值偏差 ０．０１ｍｍ；隨著(zhu)測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)(dian)(dian)數量(liang)增加，偏差值會逐漸減(jian)小(xiao)，當測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)(dian)(dian)增至５個(ge)后，偏差值不再因測(ce)(ce)(ce)量(liang) 點(dian)(dian)(dian)數的(de)增加而(er)發生明顯變化。因此(ci)，采用５個(ge)測(ce)(ce)(ce)量(liang) 點(dian)(dian)(dian)即(ji)可(ke)(ke)滿(man)足要求，而(er)繼續增加在(zai)(zai)線(xian)測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)(dian)(dian)數量(liang)將增加砂輪的(de)在(zai)(zai)線(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)時間，從而(er)降低在(zai)(zai)線(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)效率。