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，砂輪會出現磨損，從而導致硬質合金刀具參數發生變化。為保證硬質合金刀具的加工質 量，在批量生產過程中需監控硬質合金刀具的實際加工尺寸，根據實際加工尺寸的變化反饋出砂輪狀態的變化，進而對砂輪的磨損進行補償。目前企業生產中主要是通過停機人工對工件尺寸進行檢測， 再根據檢測結果手動修改程序對砂輪磨損做出補償。因此，發展砂輪在線檢測技術是保證硬質合金刀具的尺寸及減少停機時間的關鍵，可以為提高生產效率提供技術支撐。

       國內外對砂輪在線檢測和自動補償技術在數控 機床上的應用做了大量研究工作。從研究成果看， 在線檢測在數控機床上的應用主要是實現簡單回轉 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、光導纖維測量法、機器視覺法、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， 被監測對象單一，無法同時監測多組砂輪。

       自動補償方法可利用生產工藝特點和工件參數 變化規律，編寫宏程序來實現產品自動補償，但僅適用于單一產品生產。同時也可結合在線檢測方 法，通過開發在線檢測系統實現產品自動補償 。在線檢測系統開發的靈活性強，受限于機床數控系統對客戶端的開放程度，自行開發難度較大。硬質 合金立銑刀刀型復雜且尺寸參數多，難以實現全部尺寸參數的在線檢測及自動補償，目前還未見到關于硬質合金立銑刀在線檢測技術和自動補償的相關報告。

       本文介紹了一種通過對砂輪狀態的在線檢測與補償，以保證硬質合金刀具生產的尺寸參數的方法。闡述了砂輪在線檢測方法、砂輪磨損自動補償及其在實際生產中的應用，可為企業對在線檢測和自動補償技術在硬質合金刀具生產上的進一步研究和使用提供參考與借鑒。

       二、硬質合金立銑刀磨削工藝：

       如圖１所示，以標準四刃平頭立銑刀加工為例， 刀具規格見表１，僅選取了有代表性的重要參數進行介紹。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合金棒材進行磨削加工而成，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如表２所示。

       圖２為各工步所用標準砂輪的裝配簡圖，各工步所用砂輪的組合以加工中不產生干涉、實現生產效率最高為原則。各砂輪磨削點均選在砂輪的大端 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在磨削加工時發生變化，砂輪磨削點 Ｇ１的位置也發生變化，此時硬質合金刀具的加工尺寸也會發生變化。

       圖３為砂輪Ａ磨削表１中立銑刀螺旋槽時，砂輪磨削點與加工尺寸之間的關系。當因磨損而使砂輪直徑減小時，硬質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構：

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

       對砂輪進行檢測時，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行檢測；在砂輪檢測結束后，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床零點。

       3.2在線檢測方法：

       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合劑的表面金剛石顆粒。

       對大量實驗數據分析發現，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。在實際磨削過程中，砂輪大端直徑上最高點作為磨削點直接參與加工，導致測量值與砂輪實際值存在偏差。為使在線檢測的砂輪尺寸更真實，可在砂輪大端直徑上一次選取多個不同點來檢測砂輪直徑，并將不同點處檢測所得直徑的平均值作為砂輪實際尺寸，以便砂輪尺寸更接近實際值。圖 ８為在砂輪Ａ大端直徑上選取均勻分布的測量點。

       圖９為不同測量點數量（從１個測量點到５個測量點）對在線檢測結果的影響。每種測量方式重復５次，每測完一次手動將砂輪隨機轉個位置，使測頭每次檢測均為砂輪上的不同點。可以看出，當取１個測量點時，在５次重復檢測結果中，最大值與最小值偏差 ０．０１ｍｍ；隨著測量點數量增加，偏差值會逐漸減小，當測量點增至５個后，偏差值不再因測量 點數的增加而發生明顯變化。因此，采用５個測量 點即可滿足要求，而繼續增加在線測量點數量將增加砂輪的在線檢測時間，從而降低在線檢測效率。