[发明专利]一种用于数控磨床的砂轮轮廓在位测量装置及方法

说明书

本发明提供一种用于数控磨床的砂轮轮廓在位测量装置及方法。本发明包括激光传感器、砂轮驱动部件、数控磨床，激光传感器安装在磨床主轴的右侧，并与数控磨床的控制装置相连，数控磨床的控制系统包括坐标存储模块和数据处理模块，砂轮驱动部件基于控制系统发出的指令行进或停止，坐标存储模块用于存储当前机床坐标以及砂轮移动过程中的触发点坐标，激光传感器用于采集砂轮边缘轮廓点信息，数据处理模块用于基于激光传感器采集的信息计算砂轮圆弧圆心在数控系统中的坐标，通过磨削作业不同阶段中砂轮圆弧半径的数值变化，得到砂轮的使用情况。采用非接触式在位测量法，通过数控磨床的在位集成提高了测量精度和测量效率，极大的提高了数据的可信度。

技术领域

本发明涉及精密超精密加工领域，尤其涉及一种用于数控磨床的砂轮轮廓在位测量装置及方法。

背景技术

磨削加工是一种能稳定保证加工质量的加工方式，磨削加工得到的工件加工精度高、加工质量好，这也使得磨削常被用于精加工或工艺过程中的最后一道工序。磨削加工过程中，工件精度主要依赖于砂轮的轮廓精度，砂轮轮廓精度变化情况不仅与加工工件的表面质量密切相关，还直接反映了砂轮的使用寿命，在磨削加工过程中适时对砂轮轮廓进行检测，可以及时判断砂轮是否需要修整、补偿或更换，保证工件的加工质量。

复杂曲面砂轮轮廓检测极为困难，由于砂轮表面遍布众多磨粒，接触式测量会磨损探头，非接触式测量法的测量精度由于测量方法和设备不同而差别很大，目前尚无普遍适用的高精度高质高效在机检测方法，工件的质量得不到保证，存在废品率高、加工效率低、加工周期长的问题，不能适应大批量零件加工的需求。

目前国内外对盘形砂轮单一直径测量方法的研究较为成熟，而对球面砂轮如圆弧形、球形以及异形砂轮等复杂轮廓砂轮的轮廓测量方法研究较少，且测量精度较差。

发明内容

本发明旨在克服现有砂轮轮廓接触式测量法容易磨损探头、测量效率低，非接触式测量法受测量方法和测量设备影响较大，复杂型面砂轮轮廓难以测量且测量精度差的技术缺陷与不足，面向生产需求和数控磨床复杂型面砂轮轮廓的精密高效高质量的在机测量需求，发明了一种用于数控磨床的砂轮轮廓在位测量装置及方法，利用激光传感器实现复杂曲面砂轮轮廓的在机测量。该方法可广泛应用于砂轮轮廓的高精度测量中，克服了复杂轮廓砂轮测量效率低、测量精度差等缺陷和不足，为砂轮的磨削精度和使用寿命的提高提供保障，对指导实际的生产加工具有重要意义。本发明采用的技术手段如下：

一种用于数控磨床的砂轮轮廓在位测量装置，包括激光传感器、砂轮驱动部件、数控磨床，所述激光传感器安装在磨床主轴的右侧，并与数控磨床的控制装置相连，所述数控磨床的控制系统包括坐标存储模块和数据处理模块，所述砂轮驱动部件基于控制系统发出的指令行进或停止，所述坐标存储模块用于存储当前机床坐标以及砂轮移动过程中的触发点坐标，所述激光传感器用于采集砂轮边缘轮廓点信息，所述数据处理模块用于基于激光传感器采集的信息计算砂轮圆弧圆心在数控系统中的坐标，通过磨削作业不同阶段中砂轮圆弧半径的数值变化，得到砂轮的使用情况。

进一步地，所述砂轮驱动部件安装在数控磨床X轴导轨上，所述激光传感器通过转接板安装在所述数控磨床主轴右侧，所述激光传感器和数控磨床主轴安装在数控磨床Z轴导轨上，所述激光传感器、数控磨床主轴和砂轮驱动部件均在数控磨床运动范围内。

本发明还公开一种用于数控磨床的砂轮轮廓在位测量方法，包括如下步骤：

步骤1、安装激光传感器，使用标准棒对激光传感器进行标定，确定激光传感器中点在数控磨床坐标中的精确位置；

步骤2、安装待测砂轮，将砂轮轴心移动至待测量中心位置，基于激光传感器反馈的信息得到砂轮长度和半径最大值，并将该数值存储于机床数控系统；

步骤3、选取多个砂轮轮廓待测点，逐个对砂轮轮廓待测点进行坐标采集，根据各测量点坐标采用最小二乘法拟合出测量点圆弧轮廓，根据砂轮圆弧起止点坐标求得圆弧对应的圆心角、圆心坐标及圆弧半径。