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磨加工精度控制及零位測(cè)量系統(tǒng)由軸承套圈內(nèi)圓磨床、內(nèi)圓磨主動(dòng)測(cè)量與控制裝置、軸承套圈自動(dòng)分選機(jī)以及由8751單片機(jī)組成的智能磨加工精度控制實(shí)時(shí)在線建模和預(yù)報(bào)控制系統(tǒng)組成.

軸承套圈內(nèi)圓磨床經(jīng)內(nèi)圓磨主動(dòng)測(cè)量與控制裝置對(duì)工件進(jìn)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(jī)構(gòu)自動(dòng)傳輸?shù)捷S承套圈自動(dòng)分選機(jī)工作臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量分選，微機(jī)系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)分選機(jī)的測(cè)量信息進(jìn)行采集和處理，實(shí)時(shí)建立磨加工精度控制模型。通過(guò)在線辨識(shí)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(zhǔn)確地反映系統(tǒng)特征。預(yù)報(bào)控制系統(tǒng)根據(jù)模型發(fā)出的下一個(gè)工件誤差預(yù)報(bào)控制量經(jīng)主動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)磨加工系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制砂輪的進(jìn)給量，達(dá)到對(duì)加工工藝過(guò)程的*控制，實(shí)現(xiàn)零位測(cè)量。

機(jī)械加工精度控制系統(tǒng)屬于多輸入（進(jìn)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(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)方程非常復(fù)雜、計(jì)算量極大而難以進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè)固定控制模型，通過(guò)在線辨識(shí)系統(tǒng)特征參數(shù)，模型則能夠比較準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)特征，預(yù)報(bào)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(guò)程中，雖然磨削速度可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(gè)單輸入（進(jìn)給量）、單輸出（工件尺寸精度）的控制系統(tǒng)，通過(guò)加工后測(cè)量獲得加工誤差的綜合信息。根據(jù)誤差測(cè)量值序列，系統(tǒng)模型表達(dá)式為

y（k）＋a1y（k－1）＋…＋any（k－n）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　＝b0u（k）＋b1u（k－1）＋…＋bnu（k－n）＋ε（k）　　　　（1）

　　式中y（k）為系統(tǒng)k時(shí)刻的輸出；u（k）為系統(tǒng)k時(shí)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(méi)有輸出延時(shí)，（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(xiàng)為零，第三項(xiàng)不能控制。欲使
E［y（k）2］為zui小，只有令*項(xiàng)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(wú)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(bào)控制公式為

u（k）＝β0［a1y（k）＋a2y（k－1）＋…＋an（k－n）］　　　　（5）

式中y（k）為K個(gè)工件誤差測(cè)量值；n為模型階數(shù)；u（k）為K個(gè)工件的預(yù)報(bào)控制量。
　　評(píng)價(jià)控制效果好壞的判別依據(jù)是軸承套圈自動(dòng)分選機(jī)對(duì)加工后每一個(gè)零件尺寸誤差的測(cè)量值。對(duì)于系統(tǒng)工作情況的綜合性能評(píng)價(jià)可采用計(jì)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(jì)算公式為

　　　（6）

式中T為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或允差，σ為標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，從加工開(kāi)始到第K個(gè)工件時(shí)刻，經(jīng)自動(dòng)分選機(jī)分選測(cè)量和運(yùn)算統(tǒng)計(jì)，可得到CP（K）和σ（K）值，從而可反映出這個(gè)時(shí)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(shí)間范圍的CP計(jì)算值進(jìn)行比較，即可得到控制系統(tǒng)的控制效果，即

　　　（7）

0＜S＜1時(shí)控制有效，否則控制無(wú)效。

在磨加工系統(tǒng)中，采用微機(jī)建模預(yù)報(bào)控制，將磨加工主動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)與機(jī)后測(cè)量裝置（自動(dòng)分選機(jī)）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)零位測(cè)量，大大開(kāi)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(duì)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(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軸承套圈內(nèi)圓磨削加工過(guò)程中進(jìn)給量的預(yù)報(bào)，有效地修正了溫度、砂輪及其它復(fù)雜因素對(duì)工件加工精度的影響。實(shí)驗(yàn)證明，磨加工精度控制及零位測(cè)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。