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磨加工精度控制及零位測量系統(tǒng)由軸承套圈內(nèi)圓磨床、內(nèi)圓磨主動測量與控制裝置、軸承套圈自動分選機以及由8751單片機組成的智能磨加工精度控制實時在線建模和預(yù)報控制系統(tǒng)組成.

軸承套圈內(nèi)圓磨床經(jīng)內(nèi)圓磨主動測量與控制裝置對工件進行加工，經(jīng)粗磨、精磨、光磨工序后，加工出zui終成品。加工后的成品經(jīng)清潔和上下料機構(gòu)自動傳輸?shù)捷S承套圈自動分選機工作臺上進行測量分選，微機系統(tǒng)對自動分選機的測量信息進行采集和處理，實時建立磨加工精度控制模型。通過在線辨識系統(tǒng)特征參數(shù)以及誤差分布判別和有效度判別，使模型能比較準確地反映系統(tǒng)特征。預(yù)報控制系統(tǒng)根據(jù)模型發(fā)出的下一個工件誤差預(yù)報控制量經(jīng)主動測控系統(tǒng)對磨加工系統(tǒng)發(fā)出控制信號，經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)控制砂輪的進給量，達到對加工工藝過程的*控制，實現(xiàn)零位測量。

機械加工精度控制系統(tǒng)屬于多輸入（進給量、切削速度等）、多輸出（尺寸精度、形狀精度等）的控制系統(tǒng)。如果將諸多因素一并考慮，會因為系統(tǒng)方程非常復(fù)雜、計算量極大而難以進行實時在線控制。如果在加工系統(tǒng)比較穩(wěn)定的情況下采用一個固定控制模型，通過在線辨識系統(tǒng)特征參數(shù)，模型則能夠比較準確地反映系統(tǒng)特征，預(yù)報控制效果較好。軸承套圈內(nèi)孔磨削加工系統(tǒng)就屬于這種情況。在磨削過程中，雖然磨削速度可以根據(jù)經(jīng)驗選擇合適的數(shù)值，但由于噪聲的干擾，工件尺寸仍經(jīng)常超差。因此我們把該系統(tǒng)看成一個單輸入（進給量）、單輸出（工件尺寸精度）的控制系統(tǒng)，通過加工后測量獲得加工誤差的綜合信息。根據(jù)誤差測量值序列，系統(tǒng)模型表達式為

y（k）＋a1y（k－1）＋…＋any（k－n）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　?。絙0u（k）＋b1u（k－1）＋…＋bnu（k－n）＋ε（k）　　　?。?）

　　式中y（k）為系統(tǒng)k時刻的輸出；u（k）為系統(tǒng)k時刻的輸入；ε（k）為白噪聲；a1、a2…an，b0、b1…bn為模型參數(shù)。
　　由于軸承套圈內(nèi)孔磨削加工的特性，系統(tǒng)沒有輸出延時，（1）式又可表示為

y（k）＝bou（k）＋b1u（k－1）＋…＋bnu（k－n）　　　　　　　　　　　
－a1y（k－1）－…any（k－n）＋ε（k）　　　　  （2）

　　為使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)方差為zui小，將（2）式兩邊平方并取均值得

E［y（k）2］＝E｛［bou（k）＋…＋bnu（k－n）－a1y（k－1）－…　　　　　　　　　　
－any（k－n）］｝＋2E｛ε（k）［b0u（k）＋…＋bnu（k－n））　　　　　
－a1y（－1）－…－any（k－n）］｝＋E［ε（k）2］　　　　　　（3）

　　由于ε（k）為白噪聲，故（3）式右邊第二項為零，第三項不能控制。欲使
E［y（k）2］為zui小，只有令*項為零，故整理得zui小方差自校正控制模型為

　　u（k）＝［a1y（k－1）＋…＋any（k－n）－b1u（k－1）－…－bnu（k－n）       （4）

　　由于系統(tǒng)輸入未知且無需已知，故不考慮系統(tǒng)輸入，即在（4）式中令b1＝b2＝…＝bn＝0，令1／b0＝β，則軸承套圈內(nèi)孔磨削加工系統(tǒng)的模型預(yù)報控制公式為

u（k）＝β0［a1y（k）＋a2y（k－1）＋…＋an（k－n）］　　　?。?）

式中y（k）為K個工件誤差測量值；n為模型階數(shù)；u（k）為K個工件的預(yù)報控制量。
　　評價控制效果好壞的判別依據(jù)是軸承套圈自動分選機對加工后每一個零件尺寸誤差的測量值。對于系統(tǒng)工作情況的綜合性能評價可采用計算工程系數(shù)CP值的方法，CP值可反映誤差分布中心與公差中心重合的情況，其計算公式為

　　　（6）

式中T為質(zhì)量標(biāo)準或允差，σ為標(biāo)準差。
　　當(dāng)公差范圍確定后，或設(shè)定尺寸分散度指標(biāo)為T值時，從加工開始到第K個工件時刻，經(jīng)自動分選機分選測量和運算統(tǒng)計，可得到CP（K）和σ（K）值，從而可反映出這個時間區(qū)域內(nèi)的尺寸分散度情況。將使用控制系統(tǒng)和未加控制兩種情況下同一時間范圍的CP計算值進行比較，即可得到控制系統(tǒng)的控制效果，即

　　?。?）

0＜S＜1時控制有效，否則控制無效。

在磨加工系統(tǒng)中，采用微機建模預(yù)報控制，將磨加工主動測量控制系統(tǒng)與機后測量裝置（自動分選機）相結(jié)合，實現(xiàn)零位測量，大大開拓了模型控制的應(yīng)用范圍，有效地提高了加工精度。特別是對于影響因素較為復(fù)雜的軸承套圈內(nèi)圓磨床磨削系統(tǒng)，磨加工精度控制及零位測量系統(tǒng)實現(xiàn)了軸承套圈內(nèi)圓磨削加工過程中進給量的預(yù)報，有效地修正了溫度、砂輪及其它復(fù)雜因素對工件加工精度的影響。實驗證明，磨加工精度控制及零位測量系統(tǒng)是控制軸承套圈內(nèi)圓磨削精度的一種行之有效、可靠的方法。