（机械制造及其自动化专业论文）pcb钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发.pdf

l l i i i iii i ii l l1 11 1 1 1 1i i u l 19 0 7 4 5 6 a u t o m a t i co n l i n ed e t e c t i o nt e c h n o l o g ya n dd e v i c er e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n to nt h ed i a m e t e ro fp c bd r i l lb i tm a d eb y c e n t e r l e s sg r i n d i n g b y z h a n gx u r i b e ( c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y ) 2 0 0 7 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l 0 f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry uj i a n w u s e n i o re n g i n e e rk o n gy u a p r i l ，2 011 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由 本人承担。 作者签名：7 彦帖询 日期：踟t ，年s - 月刃日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密“ ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：亨刚蜘 日期：沙，年 月坤日 刷谧确式髫 纠卜月夕日 p c b 钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发 摘要 p c b 钻头棒材无心磨削的加工过程是一个变化的、随机的复杂过程，加工过 程中不断变化的参数决定着产品的精度，自动测量系统就是通过直接检测工件的 加工状态来跟踪加工过程中每一参数的变化情况，并根据变化的情况实现自动进 给的一个全闭环控制系统。本课题以p c b 钻头棒材的直径测量为例，在现有的位 移传感器技术基础上，综合单片机技术和微机完成无心磨床外径在线测量系统的 研究。 本自动测量系统是以p c 机与单片机系统为基础并应用自适应控制理论而建 立的，其工作流程是：测量装置测得工件在加工过程中的误差信号，经放大和a d 转换后发送到p c 机，p c 机将接收到的信息与设定好的标准参数相比较，并算出未 来时刻可能的加工误差，进而确定控制信号控制步进电机补偿进给量，以消除加 工误差，提高加工精度。在正文中分别从硬件和软件两个方面详细阐述如下： 1 机械部分的设计。主要讲述了无心外圆磨床尺寸在线测量装置结构的设计， 并概述了其整体的功能，对重要的零件的选型进行了相关的分析：最后还对测量 装置三维实体造型的工作作了简述。 2 控制部分软硬件的设计。根据磨床在线测量的要求，设计了一个以单片机为 核心的电路来对传感器及其调理电路的输出信号进行采集、处理、显示并反馈给 磨床，实现对磨床磨削加工的闭环控制。 为了能够自动检测控制加工误差，更好地保证零件加工精度，本课题对无心 磨削加工中存在的实际问题进行探讨和研究，在不改变磨床内部结构的基础上， 采用合适的测量方法设计和开发了无心磨削加工的微机测控系统。从而实现了对 零件加工精度的微机自动检测和控制。在对机械加工的各种测量方法进行分析和 比较后，采用了光栅传感器来对加工工件进行接触式的在线测量，实时反馈，进 一步控制p c b 棒材工件的加工精度，形成高效率、无人化、高精度的生产模式。 本课题通过对测量系统软件的模拟调试，验证了本自动测量系统方案的可行 性和正确性，为现实中实现无心磨床的在线自动测量奠定了基础，同时也为其它 各种机床的改造提供了一种途径和方案。 关键词：无心磨削；光栅位移传感器；在线自动测量；单片机系统；p c b 钻头； 易语言 i i 工程硕士学位论文 a bs t r a c t p c bd r i l l sc e n t e r l e s sg r i n d i n gp r o c e s si sac h a n g i n g ，c o m p l e xr a n d o mp r o c e s s ， t h ec h a n g i n gp r o c e s sp a r a m e t e r sd e t e r m i n et h ea c c u r a c yo ft h ep r o d u c t a u t o m a t i c m e a s u r e m e n ts y s t e mi st h ec l o s e d l o o pc o n t r o ls y s t e mt h r o u g ht h ed i r e c td e t e c t i o no f t h ew o r k p i e c et ot r a c kt h ep r o c e s s i n gs t a t u so fe a c hp r o c e s sp a r a m e t e rc h a n g e sa n d a c h i e v eaf u l l ya u t o m a t i cf e e d i n g t of u r t h e ri m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ew o r k p i e c e g r i n d i n g ，o n l i n ed e t e c t i o ns y s t e mi su s e df o rg r i n d i n g ，m a k i n gt h ec e n t e r l e s sg r i n d i n g p r o c e s s t of o r mac l o s e dl o o pc o n t r o ls y s t e m t h et o p i c sm a k ep c bd r i l lr o d s d i a m e t e rm e a s u r i n gf o re x a m p l e ，i nt h ec u r r e n td i s p l a c e m e n ts e n s o rt e c h n o l o g y , b a s e d o ni n t e g r a t e ds i n g l ec h i pt e c h n o l o g i e sa n dp ct oc o m p l e t et h eo n l i n em e a s u r e m e n t s y s t e m sr e s e a r c h t h ea u t o m a t i cm e a s u r e m e n ts y s t e me s t a b l i s h e dw i t ha d a p t i v ec o n t r o lt h e o r yt h a t b a s e do np ca n ds c m s y s t e m a n dt h i si st h ew o r k f l o w ：m e a s u r i n gd e v i c em e a s u r e d t h ee r r o rs i g n a ld u r i n gp r o c e s s i n g ，t h em a k ei ta m p l i f i c a t i o na n da dc o n v e r t e ra n d s e n tt ot h ep c ，p cr e c e i v et h ei n f o r m a t i o na n dc o m p a r e di tt ot h es t a n d a r dp a r a m e t e r s a n dc a l c u l a t et h ep o s s i b l ef u t u r ep r o c e s s i n ge r r o r , t h e nc h a n g ei ti n t oc o n t r o ls i g n a lt o c o n t r o lt h es t e p p e rm o t o rt oc o m p e n s a t ef e e di no r d e rt oe l i m i n a t ep r o c e s s i n ge r r o r s a n di m p r o v ea c c u r a c y i nt h et e x ts e p a r a t e l yf r o mt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s c r i b e d i nd e t a i la sf o l l o w s ： 1 m e c h a n i c a ld e s i g n i tm a i n l yd e s c r i b e st h es t r u c t u r a ld e s i g no ft h ec e n t e r l e s s g r i n d e rs i z em e a s u r e m e n td e v i c e s t h e r ei sa no v e r v i e wo fi t so v e r a l lf u n c t i o na n d a ni m p o r t a n tp a r to ft h es e l e c t i o na n da n a l y s i s ；f i n a l l y , t h et h r e e d i m e n s i o n a lb o d y s h a p em e a s u r i n gd e v i c e sw o r kw e r eo u t l i n e d 2 c o n t r o lp a r to fh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n a c c o r d i n gt ot h eo n l i n e m e a s u r e m e n tr e q u i r e m e n t so fg r i n d e r , d e s i g n e dam i c r o c o n t r o l l e ra st h ec o r eo ft h e c i r c u i tt ot h es e n s o ra n dc o n d i t i o n i n gc i r c u i t ，t h eo u t p u ts i g n a la c q u i s i t i o n ，p r o c e s s i n g ， d i s p l a ya n dn e d b a c k t ot h eg r i n d e r ，t oa c h i e v ec l o s e d l o o pc o n t r o lo fg r i n d i n g p r o c e s s t h es u b j e c t sm a j o rt a s ki sr e s e a r c h i n gt h ep r o b l e m si nt h ec e n t e r l e s sg r i n d i n gt o b ea b l et od e t e c tt h em i s m a c h i n i n gt o l e r a n c ea u t o m a t i c l ya n db e t t e ra c c u r a c yo ft h e p a r t sp r o c e s s i n g t h ep a p e r u s e sm e a s u r i n gm e t h o da p p r o p r i a t e l yt od e s i g na n de x p l o i t am e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mu s e dc o m p u t e ro ft h ea b r a s i v em a c h i n i n gb y i l l p c b 钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发 c h a n g i n gt h ec e n t r e l e s sg r i n d e ra p p r o p r i a t e l yu n d e rg u a r a n t e e i n gt h ei n t e r n a ls t r u c t u r e o fg r i n d i n g t h es y s t e mm a k et h ec o m p u t e rd e t e c ta n dc o n t r o lt h em i s m a c h i n i n g t o l e r a n c ea u t o m a t i c a l l y f o ra c h i e v i n gt h ep u r p o s e so fh i g hd e g r e eo fa c c u r a c y , h i g h e f f i c i e n c ya n dl o wc o s t ，t h es y s t e mc o n t a i n sag r a t i n gs e n s o rt od e t e c tt h ew o r k p i e c e s t h r o u g hc o n t a c t i n gt h e ma n du s es i n g l e c h i p t om e a s u r ea n df e e d b a c kp c bb a r w o r k p i e c e s i nc e n t r e l e s sg r i n d e r s ot h e s y s t e mc a nc o n t r o lt h e m i s m a c h i n i n g t o l e r a n c em u c hb e t t e ra n df o r mp r o d u c t i o nm o d e l w h i c hh a sc h a r a c t e r so fh i g h e f f i c i e n c y , u n m a n n e da n dh i g hd e g r e eo fa c c u r a c y t h et o p i c sv e r i f yt h ef e a s i b i l i t ya n dc o r r e c t n e s so ft h ea u t o m a t i cm e a s u r e m e n t s y s t e ms o l u t i o n sb ym e a s u r i n gt h es i m u l a t i o ns y s t e ms o f t w a r ed e b u g ，w h i c hi sn o t o n l yf o rt h er e a l i z a t i o no ft h er e a ll i n ea u t o m a t i cm e a s u r e m e n to ft h ef o u n d a t i o n ，b u t a l s op r o v i d e sm e a n sa n dp r o g r a m sf o rt h et r a n s f o r m a t i o no fo t h e rk i n d so fm a c h i n e t 0 0 1 s k e yw o r d s ：c e n t e r l e s sg r i n d i n g ；g r a t i n gd i s p l a c e m e n ts e n s o r ；o n l i n ea u t o m a t i c m e a s u r e m e n t ；s c ms y s t e m ；p c bd r i l l ；e l a n g u a g e i v 工程硕士学位论文 口罩 日刊k 学位论文原创性声明和文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引v i i 附表索引i x 第l 章绪论1 1 1 引言1 1 2 磨削技术发展概况l 1 2 1 磨削技术的发展概况2 1 2 2 无心外圆磨削技术的发展概况3 1 3 工业在线测量技术j 3 1 3 1 在线测量技术概述3 1 3 2 工业在线测量的技术现状及现实意义4 1 3 3 无心磨床在线测量技术6 1 4 课题的主要研究内容及现实意义8 1 4 1 课题的主要研究内容8 1 4 2 本课题具有的现实意义9 第2 章无心磨床在线自动测量系统的简介1 0 2 1 无心磨削加工棒材的原理分析及发展趋势1 0 2 1 1 无心磨削的原理分析及发展趋势1 0 2 1 2 无心磨削加工棒材成圆机理的分析1 1 2 2 在线测量系统概论1 2 2 2 1 时域动态性能指标1 3 2 2 2 频率域动态性能指标1 4 2 2 3 频率域和时间域的关系1 4 2 3 位移传感器选择1 4 2 3 1 光栅尺工作原理1 5 2 3 2 光栅在机械行业中的应用1 7 2 4 基于p c b 棒无心磨削在线测量系统的可行性分析1 8 2 5 总体方案设计一1 8 2 5 1 直径的测量方法18 v p c b 钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发 2 5 2 系统原理介绍1 8 2 5 3 系统总体框架结构的设计1 9 2 6 本章小结2 0 第3 章p c b 钻头棒材直径自动在线检测装置机械部分设计2 1 3 1 机械装置功用与结构综述2 1 3 2 气缸的选择2 3 3 3 轴承的选择及校核2 4 3 3 1 直线轴承的选择及校核2 4 3 3 2 深沟球轴承的选择与校核2 6 3 4 支承轴的刚度与强度校核2 7 3 5 本章小结2 9 第4 章p c b 钻头棒材直径直径自动在线检测装置控制部分软硬件设计3 0 4 1 控制部分主要硬件选择3 0 4 1 1 光栅位移传感器选型3 0 4 1 2 单片机选择3 0 4 1 3 运动控制卡的选择3 4 4 1 4 步进电机的选择3 7 4 2 测量系统软件部分设计3 9 4 2 1 软件设计语言介绍4 0 4 2 3 单片机软设计4 2 4 2 4p c 机软件设计4 6 4 3 仿真和运行结果一5 2 4 3 1p r o t e u s 软件简介5 2 4 3 2 建立系统模型并仿真5 2 4 3 3p c b 棒材测量软件各部分功能介绍和运行结果5 3 4 4 本章小结5 7 结论及展望5 8 参考文献6 0 致谢6 3 附录测量程序主要代码清单6 4 v i 工程硕士学位论文 插图索引 图2 1 无心磨削加工原理1 0 图2 2 传感器幅频一般特性曲线图1 3 图2 3 一阶系统阶跃过程曲线l3 图2 4 二阶过阻尼系统阶跃过程曲线1 4 图2 5 光栅尺图1 6 图2 6 光电无件输出信号波形图1 6 图2 7 莫尔条纹原理图1 7 图2 8 直径测量方法示意图1 8 图2 9 检测系统组成示意图1 9 图2 1 0 在线检测系统总体结构流程图1 9 图3 1 工件运动流程示意图2 2 图3 2 检测装置工作流程图2 2 图3 。3 测量装置效果图一2 3 图3 4 亚德克铝合金气缸图2 3 图3 5 直线轴承及其轴承座示意图2 5 图3 6 深沟球轴承的装配图2 7 图3 7 辆的弯矩图和扭矩图2 8 图4 1 单片机总控制电路图3 2 图4 2 时钟电路图3 2 图4 3 复位信号产生的电路逻辑图3 3 图4 4 复位电路3 3 图4 5a d t 8 5 0 卡接口示意图一3 5 图4 6 易语言编程环境一4 l 图4 7 主程序流程图4 2 图4 8 定时中断子程序流程图4 4 图4 9 数据采样流程图一4 4 图4 1 0 通信程序流程图一4 6 图4 1 1p c o m m 动态链接库模块功能示意图4 7 图4 1 2p c 机与单片机通信流程图一4 8 图4 1 3 新建在线测量程序工程4 8 图4 1 4 导入p c o m m 功能模块4 9 v l i p c b 钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发 图4 15 串口设置窗口4 9 图4 16 系统设置窗口4 9 图4 1 7 测量结果显示和主控制面板5 0 图4 1 8 数据导出和查看控制面板5 0 图4 1 9 数据库结构图5 1 图4 2 0 系统设置表结构图5 1 图4 2 l 数据表结构图5 l 图4 2 2 材料表结构图5 2 图4 2 3 系统模型及仿真结果图5 3 图4 2 4 测量功能部分工作流程图5 3 图4 2 5 软件测量仿真结果图5 4 图4 2 6 数据查询和导出功能流程图5 4 图4 2 7 数据查询功能运行结果图5 5 图4 2 8 数据导出功能运行结果图5 5 图4 2 9 数据备份功能运行结果图5 6 图4 3 0 数据分析功能运行结果图一5 6 工程硕士学位论文 附表索引 表3 1 亚德克铝合金迷你汽缸标准行程一2 4 表4 1 国内光栅的栅距数系例表3 0 表4 2s t c 8 9 c 5 2 主要功能3 1 表4 3 一些寄存器的复位状态3 3 表4 4a d t 8 5 0 基本库函数列表3 6 表4 5 三相系数表一3 8 表4 6 四相系数表3 8 表4 ：7 五相系数表3 9 表4 8 六相系数表3 9 表4 9 系统内存分配表4 2 i x 工程硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 引言 p c b 就是经常被人们称为“电子系统产品之母”的印制线路板。首先，近年来 我们国的经济快速发展、技术的快速进步，产业的分工国际化加快，越来越多的 欧美企都在我国开设分公司，我国已经慢慢发展成p c b 板的重要生产地。我国除 了蓬勃发展的通信产以外，个人p c 业也有很惊人的发展潜力，这些条件都为我们 国家p c b 板产业的发展创造了良好的环境。其次，在台商和外商的推动下，我们 国家生产的p c b 板也不再只有传统的双面板和多层板等低端的产品，高端的h d i 板的产量也明显增加。所以我们国家p c b 产业只要在提高p c b 产量的同时还注重 一下提高p c b 产品的质量和性能，不断的向自动化生产、多功能、高精度、高科 技、现代化的方向发展，一定能够实现p c b 板生产的高效率、低成本、高品质、 轻污染的目标，发展成为我国非常有竞争力的行业之一。 p c b 板在装电子器件之前，一定要在面板上进行铣槽、钻孔等加工，但是根 据要求不同和选用的p c b 板材料的不一样，为了要保证p c b 板的孔位的精度和生 产的效率，对刀具的使用就有了非常高的要求，因为超硬质合金这种材料拥有结 构组织均匀、很高的耐磨性、很高的韧性、很高的抗弯强度等等优越的性能，所 以超硬质合金做成的棒材刀具广泛应用在p c b 板的加工中。以前这种刀具的材料 主要还依赖于国外进口，近年来我们国家通过科研攻关开发出的铣刀、钻头等刀 具己可适应加工的需要，其牌号的型号主要是3 15 3 8 7 ( 在下文都简称为p c b 棒) ， p c b 棒是在经过烧结、压制等工序后形成毛坯棒经过外圆加工后所到到的产品。 因为无心磨削适合大批量加工生产，生产的效率高，所以棒材的外圆加工主要都 采用无心外圆磨加工。无心外圆磨削的加工的精度直接的影响到了刀具的圆柱度、 同心度、圆度等形位精度，从而影响p c b 板的加工的精度，也就影响电子产品的 稳定性，因此棒材无心磨削加工精度正逐渐成为微钻、微铣使用中一个不可缺少 的评价标准。而现阶段国内大多数生产厂家仍采用手工抽检的方式来控制产品尺 寸精度，因而造成问题发现滞后性大，且速度慢，效率低，浪费人力物力! 目前 超细硬质合金p c b 棒材，已经在p c b 板行业得到了普遍应用，显然对棒材无心磨 削加工在线自动高精度的测量系统进行深入研究及研发是很有必要的。 1 2 磨削技术发展概况 p c b 钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发 1 2 1 磨削技术的发展概况 磨削这种加工技术由来已久，早在石器时代，那时人类就已开始用磨料来研 磨加工各种石头、兽骨及贝壳等用于狩猎和生活的工具。1 8 7 6 年于巴黎的博览会 土展出的美国b r o w n s h a r p 公司生产的外圆磨床，就是首次拥有现代磨床的基本 特点的机床，它的尾座及工件头架安装在往复运动的平面工作台上，箱形的床身 增大了机床的刚度，并拥有内圆磨削的附件。到1 8 8 3 年，b r o w n s h a r p 公司制成 工作台往复移动，磨头安装在柱上的平面磨床，到1 9 0 0 年左右，液压传动技术的 应用和人造磨料磨具的发展，大大推动了磨床的快速发展。随着现代工业的发展 特别像汽车行业的发展，各种各样不同功能的磨床相继出现，比如二十世纪初， 人们先后研发并制造了加工气缸的行星式内圆磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床及带 有电磁吸盘的磨床等。在线自动测量系统在1 9 0 8 年开始在磨床上使用，到了1 9 2 0 年左右，双端面磨床、无心磨床、导轨磨床、轧辊磨床，超精密加工机床和珩磨 机床等陆续投入使用；5 0 年代前后又制成了可用作镜面磨削的高精度的外圆磨床； 到了6 0 年代后期又制成了线速度高达7 0 9 0 m s 的高速磨床及缓进给、大切深的平 面磨床；到了7 0 年代初，自适应控制和数字控制等相关技术广泛的应用在磨床上。 随着高硬度、高精度机械零件种类的增多，以及精密锻造和精密铸造工艺的发展， 使得磨床的品种、产量和性能都在不断的增多和提高。随着技术的创新和高科技、 高技术产品的不断出现，尤其是在进入了信息时代的二十一世纪，磨削加工技术 和其他的机械加工技术一样，也成为了一个充满着活力和不断向前发展的加工技 术领域，其他学科领域比如计算机技术、材料学科的新发展，不断的为磨削技术 的发展注入了新的血液，特别是各种具有超高强度、超高耐磨性、超高功能性、 超高硬度的新型材料的使用，都给磨削加工技术的发展提了新的发展方向，推动 着它的快速向前发展。在以前磨削加工一般常常应用于半精加工及精加工，它的 加工精度一般可达到i t 5 i t 6 ，表面粗糙度一般可小至r a l 2 5 0 0 1 9 m ，镜面磨削 时一般可达r a 0 0 4 0 0 1 9 m 。磨削加工经常用于淬硬钢加工、耐热钢加工和特殊的 合金材料加工。磨削加工可以使用的加工余量小，在预加工毛坯工序如模冲压、 精密铸造、模锻等加工精度越来越高的现代，磨削加工是提高被子加工工件精度 的一种直接的、重要的加工方法。由于越来越多的机械产品慢慢的都采用成型来 形成表面，仿形磨削和成型磨削都慢慢的得到了广泛的应用【l 】。很多材料如陶瓷、 复合材料、硬质合金、微晶玻璃等难加工的材料在制造行中的应用也在不断增加， 而这些材料中的有些在目前只能采用磨削来进行加工。随着高效深磨和高速磨削 技术的应用、c b n 砂轮和金刚石砂轮的应用、进给系统、磨削液及相应的注入系 统、砂轮修整和主轴系统等相关技术的飞速发展，随着磨削智能化和等自动化技 术的快速发展，磨削加工和磨料加工在机械制造领域占有越来越重要的地位。采 2 工程硕士学位论文 用超硬磨料磨具进行精密及超精密磨和高效率磨是金属材料加工的发展方向。 1 2 2 无, b 9 1 圆磨削技术的发展概况 无心磨削是加工外圆形状棒料工件的一种很重要的加工方法，该加工方法不 用对工件装夹定位，取而代之的是通过导轮、托板和砂轮导向旋转进行磨削，加 工出来的加工精度还高于其它外圆磨削的精度，利用摩擦来传动可以确保工件自 由的靠近磨削区，非常适合多加工余量的高精度和强力的精磨削，因此在加工又 细又长的外圆工件或是加工既要求很尺寸高精度又要求很好的表面精度的工件的 时候，广泛采用无心磨加工。早在1 8 5 3 年加工滚针时就采用了无心磨削原理，紧 接着1 8 6 7 年，最原始的无心磨床在英国人h e n yd y s o n 的努力下问世，大约历经 半个世纪之后，瑞典和美国的公司几乎在同时成功开发了第一台可用的无心磨床， 开创了无心磨床历史的新纪元。尽管无心磨床在功能上都各有千秋，然而它们的 工作原理却是不尽相同的，都是工件被托板支承在上面，导轮带着工件转动，速 度略慢于砂轮的线速度，相对于普通外圆磨削，无心磨削的优点在于可以使零件 或轴的直径或圆度公差控制在l g m 以内；另外无心磨削也不会现个两个中心点不 重合的情况，所以更适合于偏心轴的加工。由于不管是通磨式还是切入式无心磨 削均不要对工件进行定位装夹，所以采用这种磨削方法可采用相对简单的上下料 装置自动完成工件的上料、下料操作【2 j 。 1 3 工业在线测量技术 1 3 1 在线测量技术概述 在讲在线测量之前，有必要在这里讲一个很重要的概念质量杠杆。通过修 正和监视机械的加工工艺，在早期的制造阶段就把质量问题消除掉，而不是等到 废品生产出后在检查甚至等到装配的时候才发现有问题，这样将会大大降低产品 的报废率，从而可以实质性的降低产品的生产成本，提高利润率，这种方法被称 为质量杠杆。质量杠杆其实就是在生产中更早的改进或修正质量问题，那么所使 用的成本就越低，得到的效益也越大p j ，从理论上讲在生产过程的初期阶段就是指 产品的技术准备时期，这人时期在质量上作出的投资所得到的回报将是产品发货 时的1 0 0 倍，质量杠杆现象清楚的说明了越早在生产过程中发现问题，成本就越 低，效益也就越大，反之，效益就越小，成本就越大。 在工件加工过程中对工件进行在线测量，这一战略被称作为“在线测量”，因 为它是在工件加工的同时对零件相关参数进行实时的测量。虽然在十九世纪五十 年代初这类闭环的控制方法就会使用了，但只是在近代在线线测量系统的功能进 一步耐用、简便和强化才使它实际应用在生产车间。通过自动在线测量，生产厂 p c b 钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发 家能及时的做到：控制生产工艺；使机床能在闭环响应下快速回归零位，并根据 工件的实时尺寸，调整运行周期；得到实时的反馈以快速的处理故障问题和分析 加工工艺。由于工件参数被实时在线测量，并根据实时参数进行进给补偿，所以 磨削加工工件的加工状态不用统计跟踪。但机床在实际上控制还是得依赖于不同 工件在加工时的各种不同的条件【4 】，目前，各行各业在生产的过程中使用实时在线 测量来控制工件质量的例子已经举不胜举，而且厂家们都清楚的认识到：要尽可 能早的在生产的过程中使用在线测量，而不是在后期再去使用，因为想要在后期 来提高产品的质量不但成本很高，而且有的问题要想在后期解决，已是不可能的 了。 自动在线测量系统是指建立在微电脑控制系统之上，然后应用经典控制理论 测量得到工件加工中的各种参数，经放大电路及a d 转换后送入控制中心c p u ， 控制中心c p u 将之与设定好的参数进行比较，然后预算出在未来时刻可能存在的 加工误差，然后确定好控制策略，转化为控制信号发送给补偿装置，补偿进给量， 以消除加工的误差【5 】，提高加工的精度。 长期以来，人们还停留在停机人工检测、补偿误差的方式来控制无心磨削加 工的精度，从而造成加工的精度低，尺寸的分散性大，一致性同样无法保证。对 于有较高精度要求的零件，合格率低。有实际的生产中，为了要保证加工的精度， 不得不经常的停机进行人工检测，从而使操作者的劳动强度的加大，劳动生产率 工程硕士学位论文 是为了对轴承套圈的加工进行测量。二战后，随着汽车行业的快速发展，极大程 度的促进了自动在线检测技术的应用和发展。但是因为在线自动检测系统所处的 工作条件一般都很恶劣，测量在空间上又受到限制，再加上其他一些因素带来的 影响，尽管这项技术在在半个世纪之前就己经出现，但其应用范围到现代仍以磨 削加工为主，在其他机械加工中还是应用得不多。 目前，在线自动检测方面比较出色的有m a r p o s s 公司及日本东京精密公司， 他们的产品已形成了很多类型的标准装置，而且可以根据照客户的要求进行专门 设计。其中在与磨床相关的自动测量装置方面其参数可以根据不同磨削的余量进 行相应调节，而且能很好的降低外部环境对工件加工的影响，从而更好的确保了 磨削加工工件的精度。对于普通磨削加工，其重复误差一般可 0 2 9 m ，尺寸的分 散性可控制在3 9 m 以内；对于高精度的磨削加工，其重复误差一般可 0 1 9 m ，尺 寸的分散性可控制在l p , m 以内。k i - , 女n 日本东京精密公司磨削加工的自动测量系统 的线性范围为2 0 0 9 m 5 0 0 9 m ，其重复性可达到0 6 1 x m 4 0 次，其零位漂移达到 o 9 9 m 4 8 小时，再配备恰当的电子辅助测量仪，可以实现多通道同时处理，具 备断续、连续测量等诸多功能 j 。 近年以来，随着精密在线测量技术的快速发展及机床本身控制系统的精度提 高，在线自动测量技术也得到了快速的发展。现在已有的自动测量技术可对零件 加工状态进行实时监控显示，根据加工状态的变化，及时检查是否有异常状况出 现，如果有变化肯超过零件加工要求那就对机床进行相关调整，大幅度的提高了 加工精度和生产效率【8 j 。 比较具有时代意义的自动高精度测量设备有：多坐标测量仪、圆度测量仪、表 面粗糙度测量仪、长度和角度测量仪等设备，并且随着系统化、光电机一体化的 发展，应用光学来测量的技术发有了快速的发展，相应的在线测量装置大量出现， 测量的软件的开发也慢慢的被人们重视。比如m a r p o s 公司生产的非接触式测量 系统一m i d al a s e 就是利用了激光来测量的新型的测量仪。随着大量非接触式、高 测量效率的测量仪的出现，经专家们分析预计，二十一世纪在线测量技术的发展 趋势大致如下【引。 ( 1 ) 测量仪测量的精度将由m 级向纳米级发展，测量的分辨率将进一步的提 古 同； ( 2 ) 测量面积将由点向面过渡，提高测量的整体精度； ( 3 ) 大量图像处理的等新技术将被应用，同时遥感等高新技术也在将精密测量 中得到推广以至普及； ( 4 ) 标准化的体制也将近确立，测量的不确定性也将实现数值化，测量仪的可 靠性将大大提高。 总之，总体观察当前自动精密测量的技术发展情况，人们普遍的追求是：高 p c b 钻头棒材无心磨削直径自动在线检测技术及装置研发 速度、系统化、高精度、网络化等，为了提高零件的加工的精度，各厂家正大力 研发小型的精密自动测量仪，为了加强市场竞争的能力，在竞争中立于不败之地， 各生产厂家都在努力的加强自身质量管理，降低成本。随着全世界i t 产业的飞速 发展，自动精密测量领域也有不断的开发适应于i t 新特点的测量仪。可以大胆的 预计，面对本世纪的新需求，精