一、引言：

       在硬質(zhì)合金刀具的磨削加工中，隨著工件磨削數(shù)量的增多，砂輪會出現(xiàn)磨損，從而導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀具參數(shù)發(fā)生變化。為保證硬質(zhì)合金刀具的加工質(zhì) 量，在批量生產(chǎn)過程中需監(jiān)控硬質(zhì)合金刀具的實(shí)際加工尺寸，根據(jù)實(shí)際加工尺寸的變化反饋出砂輪狀態(tài)的變化，進(jìn)而對砂輪的磨損進(jìn)行補(bǔ)償。目前企業(yè)生產(chǎn)中主要是通過停機(jī)人工對工件尺寸進(jìn)行檢測， 再根據(jù)檢測結(jié)果手動修改程序?qū)ι拜喣p做出補(bǔ)償。因此，發(fā)展砂輪在線檢測技術(shù)是保證硬質(zhì)合金刀具的尺寸及減少停機(jī)時間的關(guān)鍵，可以為提高生產(chǎn)效率提供技術(shù)支撐。

       國內(nèi)外對砂輪在線檢測和自動補(bǔ)償技術(shù)在數(shù)控 機(jī)床上的應(yīng)用做了大量研究工作。從研究成果看， 在線檢測在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)簡單回轉(zhuǎn) 類工件的在線測量。在線檢測方法分為直接檢測法和間接檢測法。直接檢測法包括射線測量法、光導(dǎo)纖維測量法、機(jī)器視覺法、接觸電阻測量法和放電電流測量法等，但易受磨削油等環(huán)境的影響。間接檢測法包括切削力法、切削振動法和工件尺寸法等， 被監(jiān)測對象單一，無法同時監(jiān)測多組砂輪。

       自動補(bǔ)償方法可利用生產(chǎn)工藝特點(diǎn)和工件參數(shù) 變化規(guī)律，編寫宏程序來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動補(bǔ)償，但僅適用于單一產(chǎn)品生產(chǎn)。同時也可結(jié)合在線檢測方 法，通過開發(fā)在線檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動補(bǔ)償 。在線檢測系統(tǒng)開發(fā)的靈活性強(qiáng)，受限于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對客戶端的開放程度，自行開發(fā)難度較大。硬質(zhì) 合金立銑刀刀型復(fù)雜且尺寸參數(shù)多，難以實(shí)現(xiàn)全部尺寸參數(shù)的在線檢測及自動補(bǔ)償，目前還未見到關(guān)于硬質(zhì)合金立銑刀在線檢測技術(shù)和自動補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)報告。

       本文介紹了一種通過對砂輪狀態(tài)的在線檢測與補(bǔ)償，以保證硬質(zhì)合金刀具生產(chǎn)的尺寸參數(shù)的方法。闡述了砂輪在線檢測方法、砂輪磨損自動補(bǔ)償及其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，可為企業(yè)對在線檢測和自動補(bǔ)償技術(shù)在硬質(zhì)合金刀具生產(chǎn)上的進(jìn)一步研究和使用提供參考與借鑒。

       二、硬質(zhì)合金立銑刀磨削工藝：

       如圖１所示，以標(biāo)準(zhǔn)四刃平頭立銑刀加工為例， 刀具規(guī)格見表１，僅選取了有代表性的重要參數(shù)進(jìn)行介紹。該款立銑刀的切削刃主要由螺旋槽、周刃后角、端齒容屑槽和端齒后角等部分組成，利用砂輪表面磨粒對硬質(zhì)合金棒材進(jìn)行磨削加工而成，分別由４個工步磨削而成，各工步加工順序、所用砂輪和磨削參數(shù)如表２所示。

       圖２為各工步所用標(biāo)準(zhǔn)砂輪的裝配簡圖，各工步所用砂輪的組合以加工中不產(chǎn)生干涉、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率最高為原則。各砂輪磨削點(diǎn)均選在砂輪的大端 直徑上，以砂輪 Ａ為例，砂輪半徑ｒ１ 和砂輪在砂輪 桿上安裝位置 Ｌ１在磨削加工時發(fā)生變化，砂輪磨削點(diǎn) Ｇ１的位置也發(fā)生變化，此時硬質(zhì)合金刀具的加工尺寸也會發(fā)生變化。

       圖３為砂輪Ａ磨削表１中立銑刀螺旋槽時，砂輪磨削點(diǎn)與加工尺寸之間的關(guān)系。當(dāng)因磨損而使砂輪直徑減小時，硬質(zhì)合金刀具的前角將變小，芯徑值和圓周刃寬值將增大。

       三、砂輪在線檢測：3.1在線檢測裝置硬件結(jié)構(gòu)：

       圖４為砂輪在線檢測裝置，該裝置配有意大利 ＭＡＰＯＳＳ公 司 生 產(chǎn) 的 三 維 高 精 度 接 觸 式 測 頭 ＴＬ２５Ｇ，固定在如圖５所示的機(jī)床工作頭上。

       對砂輪進(jìn)行檢測時，接觸式測頭在氣動滑臺的作用下伸出，按指定路徑隨直線軸移至指定待測砂輪進(jìn)行檢測；在砂輪檢測結(jié)束后，接觸式測頭在氣動滑臺的作用下收回，以免損壞接觸式測頭，并按指定路徑返回到機(jī)床零點(diǎn)。

       3.2在線檢測方法：

       砂輪表面金剛石磨粒在結(jié)合劑中的隨機(jī)分布見 圖 ６。由于砂輪表面上磨粒分布參差不齊，不具備 嚴(yán)格意義上的等高性，因此，檢測的砂輪尺寸會在一定范圍內(nèi)發(fā)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(jīng)碳化硅修整輪修整后的金剛石砂輪表面放在 Ｋｅｙｅｎｃｅ超景深顯微鏡（ＶＨＸ－７０００）下測量磨粒的突出高度，如圖７所示，其中紅色部分是露出結(jié)合劑的表面金剛石顆粒。

       對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，磨粒在砂輪表面突出的高度約為磨粒粒徑的２０％ ～４０％。以磨粒粒徑 ０．０５３μｍ（加工砂輪 Ａ）為例，磨粒突出高度為 ０.０１０６～０.０２０６μｍ，即磨粒最低與最高突出高度的差值為 ０．０１μｍ。由上述分析可知，砂輪大端直徑存在徑向跳動， 故探針測頭觸碰到的不一定是大端直徑上的最高點(diǎn)。在實(shí)際磨削過程中，砂輪大端直徑上最高點(diǎn)作為磨削點(diǎn)直接參與加工，導(dǎo)致測量值與砂輪實(shí)際值存在偏差。為使在線檢測的砂輪尺寸更真實(shí)，可在砂輪大端直徑上一次選取多個不同點(diǎn)來檢測砂輪直徑，并將不同點(diǎn)處檢測所得直徑的平均值作為砂輪實(shí)際尺寸，以便砂輪尺寸更接近實(shí)際值。圖 ８為在砂輪Ａ大端直徑上選取均勻分布的測量點(diǎn)。

       圖９為不同測量點(diǎn)數(shù)量（從１個測量點(diǎn)到５個測量點(diǎn)）對在線檢測結(jié)果的影響。每種測量方式重復(fù)５次，每測完一次手動將砂輪隨機(jī)轉(zhuǎn)個位置，使測頭每次檢測均為砂輪上的不同點(diǎn)。可以看出，當(dāng)取１個測量點(diǎn)時，在５次重復(fù)檢測結(jié)果中，最大值與最小值偏差 ０．０１ｍｍ；隨著測量點(diǎn)數(shù)量增加，偏差值會逐漸減小，當(dāng)測量點(diǎn)增至５個后，偏差值不再因測量 點(diǎn)數(shù)的增加而發(fā)生明顯變化。因此，采用５個測量 點(diǎn)即可滿足要求，而繼續(xù)增加在線測量點(diǎn)數(shù)量將增加砂輪的在線檢測時間，從而降低在線檢測效率。