超精密磨削异型薄壁结构件时球头砂轮在位修整方法

摘要

本发明提供一种操作简单，实现方便，快捷，无需重复修整和磨削的对刀过程且保证砂轮较高的修整质量的超精密磨削异型薄壁结构件时球头砂轮在位修整方法，涉及一种加工工艺。本发明首先利用3号和4号对刀与监测装置标定球头砂轮在修整工位时的球心坐标及修整电极位置坐标；然后标定球头砂轮距1号对刀与监测装置的位置坐标；在超精密磨削中对球头砂轮进行监测并判断砂轮的磨损状态；暂停超精密磨削以对球头砂轮进行在位修整，采用4号对刀与监测装置监测电火花放电状态及球头砂轮的修整质量；修整后调整砂轮的球心位置，寻找磨削加工时的程序原点，并继续未完成的超精密磨削加工。

说明书

技术领域

本发明涉及一种加工工艺，特别涉及一种超精密磨削异型薄壁结构件时球头砂轮在位修整方法。

背景技术

随着科学技术的发展，对零件的加工质量提出了越来越苛刻的要求，同时零件所选用的材料也倾向于熔融石英、陶瓷等硬脆材料，该类材料具有化学稳定性好，硬度高等特点，但也为其加工带来了困难。为了满足该类材料的加工要求，超精密磨削是一种很有发展前景的加工方法。对于一些异型结构同时具有小曲率半径内凹面类零件的超精密磨削加工，常规的砂轮无法实现其磨削加工，因此需要采用一种小尺寸的金属基金刚石球头砂轮。金属基金刚石砂轮很好的将金属基体的耐磨性和金刚石磨粒的磨削性能结合起来。但这些优点也使得金属基金刚石砂轮修整较为困难，现有的机械修整方法很难实现其高精度修整，所以需要采用电火花修整。而对于小直径的金属基金刚石球头砂轮在进行超精密磨削时，球头砂轮的磨损是不容忽视的问题，磨损的球头砂轮将会严重影响工件的面形精度和加工表面质量，所以需要提出一种在位球头砂轮电火花修整方法。同时砂轮修整时机的判断也是一个非常关键的因素，修整过早则会浪费砂轮并增加加工总体时间，修整过晚则会影响超精密磨削后工件的表面质量。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种实现在磨削加工过程中对小直径球头砂轮6磨损状态进行监测，以判断球头砂轮是否需要在位电火花修整；并且能够对球头砂轮在位修整过程中电火花放电状态进行监测以保证球头砂轮的修整精度和修整质量；最后能够实现球头砂轮修整后无需重新对刀即可继续完成暂停的超精密磨削加工过程的超精密磨削异型薄壁结构件时球头砂轮在位修整方法。

本发明的超精密磨削异型薄壁结构件时球头砂轮在位修整方法，所述方法基于加工装置实现，所述加工装置包括磨削装置、工件主轴8、电火花修整装置、四个对刀与监测装置和移动平台2；

工件主轴8和电火花修整装置并排设置在移动平台2上；

2号对刀与监测装置设置在磨削主轴的对面，2号对刀与监测装置的轴线与磨削主轴 的轴线在同一直线上，用于在超精密磨削前，和1号对刀检测装置相配合对异型薄壁结构件进行对刀；

1号对刀与监测装置设置在磨削主轴的侧面，1号对刀与监测装置的轴线与磨削主轴的轴线垂直，用于超精密磨削过程中对加工状态进行监测；

3号对刀与监测装置设置在电火花修整装置的对面，3号对刀与监测装置的轴线与电火花修整装置的轴线在同一直线上，3号对刀与监测装置与4号对刀装置相互配合用于实现电火花修整前修整电极和球头砂轮6相对位置的对刀；

4号对刀与监测装置设置在电火花修整装置的侧面，4号对刀与监测装置的轴线与电火花修整装置的轴线垂直；4号对刀装置用于修整过程中电火花放电状态的监测；

磨削装置位于工件主轴8和电火花修整装置的上方；磨削装置为利用球头砂轮6对工件主轴8上的异型薄壁结构件进行超精密磨削，同时通过调节移动平台2的位置，电火花修整装置利用修整电极对所述球头砂轮6进行在位修整；

球头砂轮6半径小于4mm；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：调整移动平台2和磨削装置，使球头砂轮6位于电火花修整的位置，利用3号和4号对刀与监测装置对球头砂轮6的球心位置进行标定，获得在位修整时的球心位置和修整电极的进给位置；

步骤二：调整移动平台2使球头砂轮6位于超精密磨削的位置，利用1号对刀与监测装置对球头砂轮6的球心进行标定，获得超精密磨削时对球头砂轮6进行监测的球心位置，调整移动平台2使球头砂轮6位于所述对球头砂轮6进行监测的球心位置；

步骤三：利用球头砂轮6对磨削主轴上的异型薄壁结构件进行超精密磨削，1号对刀与监测装置对球头砂轮6的磨损程度进行监测，判断砂轮磨损程度及是否需要修整，若是，暂停超精密磨削，记录异型薄壁结构件的加工位置，则转入步骤四，若否，继续执行步骤三；

步骤四：调整移动平台2和磨削装置，使球头砂轮6位于步骤一获得的在位修整时的球心位置；

步骤五：电火花修整装置利用修整电极对球头砂轮6进行在位电火花修整，利用4号对刀与监测装置监测球头砂轮6修整状态，若球头砂轮6的修整达到使用要求，则转入 步骤六，若否，重复执行步骤五；

步骤六：确定修整后与修整前的球头砂轮6沿砂轮轴线的运动距离，根据该距离，使球头砂轮6回到超精密磨削时的球心位置；

步骤七：将球头砂轮6移动到步骤三中记录的异型薄壁结构件的加工位置处，转入步骤三。

优选的是，所述移动平台2包括工作台、X轴运动平台和Y轴运动平台，

工件主轴8和电火花修整装置并排设置在工作台上，X轴运动平台和Y轴运动平台通过“十”字堆叠形式安装，用于控制工件主轴8和电火花修整装置在X轴方向和Y轴方向运动；

工件主轴8的轴线方向为X轴方向；

所述磨削装置包括C轴转台3、位移平台4、U轴定位平台5、Z轴运动平台、球头砂轮6和砂轮主轴7；

球头砂轮6安装在砂轮主轴7上；C轴转台3的下端与位移平台4连接，U轴定位平台5的上端安装在位移平台4的运动部件上，U轴定位平台5的下端与砂轮主轴7中段固定连接，砂轮主轴7呈倾斜状，砂轮主轴7位于磨削主轴的上方；

Z轴运动平台，用于带动C轴转台3上下运动，进而带动砂轮主轴7上下运动；

所述电火花修整装置包括修整电极主轴、修整电极和电极运动平台；

修整电极安装在修整电极主轴的轴孔内，修整电极主轴固定在运动平台上；

所述C轴转台3的旋转角度范围为360°；

所述步骤一包括：

步骤一一：调整移动平台2，使球头砂轮6位于电火花修整的位置，调整C轴转台3使球头砂轮6的轴线与YZ轴所在平面的夹角为α，α值为26.19°；

步骤一二：利用3号对刀与监测装置获得修整电极端部和球头砂轮6的图像，并获得球心坐标，得到球头砂轮6的球心与修整电极的轴线在X轴方向的差值δ_x，同时获得球头砂轮6球心与修整电极的轴线在Z方向的差值δ_z，将X运动平台移动-δ_x，同时Z轴运动平台移动-δ_z，并记录X轴运动平台数值；

步骤一三：利用4号对刀与监测装置获得修整电极和球头砂轮6图像，同时在修整电极图像上下边分别拾取n个点，获得该2n个点的坐标，并根据该2n个点的坐标获得修整电极的轴线在Z轴的坐标Z_d；在球头砂轮6图像的上边和下边分别拾取n个点，获得该2n个点的坐标，并根据该2n个点的坐标获得球头砂轮6在YZ轴平面的轴线方程；

步骤一四：根据步骤一三中的修整电极的轴线坐标与球头砂轮6的轴线方程，获取电极的轴线与球头砂轮6的轴线的交点，得到n/2组Y轴的值，对n/2组Y轴的值求平均，获得Y_O；Z_d和Y_O为球头砂轮6在位修整时的球心位置；

步骤一五：控制U轴定位平台5和Z轴运动平台使球头砂轮6的球心沿砂轮轴线方向运动到步骤一四获得的在位修整时的球心位置处，并记录此时Y轴运动平台、Z轴运动平台和U轴运动平台的数值，结合步骤一二中记录的X轴运动平台数值，作为在位修整时的球心位置；

步骤一六：将球头砂轮6撤回，并将修整电极前端运动到修整电极的Z轴的坐标Z_d处，同时继续向正方向运动的距离，确定修整电极的进给位置，R表示球头砂轮6半径。

优选的是，所述步骤二包括：

步骤二一：调整移动平台2使球头砂轮6位于超精密磨削的位置，将1号对刀与监测装置的相机放大倍数调到最小并联合移动X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，使球头砂轮6出现在相机的视野中；

步骤二二：将相机的放大倍数调大，并使球头砂轮6充满视野，同时调节X轴运动平台、Z轴运动平台，将球头砂轮6移到视野中间，并移动Y轴运动平台使球头砂轮6成像清晰，记录此时X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台的运动数值，用于作为超精密磨削过程中球头砂轮6进行监测的球心位置。

优选的是，所述步骤三包括：

步骤三一：利用球头砂轮6对磨削主轴上的异型薄壁结构件进行超精密磨削，1号对刀与监测装置对球头砂轮6进行图像采集；

步骤三二：获取采集的图像中的砂轮轮廓，用两个同心圆逼近该砂轮轮廓，当两个同心圆间的半径差为设定值时，则确定球头砂轮6需要修整，转入步骤四；否则，转入步骤三一。

优选的是，所述步骤五包括：

步骤五一：电火花修整装置利用电极对球头砂轮6进行在位电火花修整，利用4号对刀与监测装置获得清晰的球头砂轮6修整图像；

步骤五二：利用4号对刀与监测装置观察电火花放电状态，若电火花放电稳定，则保持修整电极的进给速度不变，若电火花放电不连续，则增加修整电极的进给速度，若电火花放电过强，则放缓修整电极的进给速度；

步骤五三：当修整电极进给到步骤一中确定的修整电极的进给位置时，修整电极退出4号对刀与监测装置相机的视野，利用4号对刀与监测装置获得球头砂轮6的图像，在该图像中的球心处作标准直径的圆去拟合处理后砂轮边界，若球头砂轮6的修整达到使用要求，则停止修整；当不满足使用要求时，预估球头砂轮6直径的差值，将修整电极运动至步骤一中确定的修整电极的进给位置，转入步骤五一。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明为了实现超精密磨削异型复杂结构薄壁件时小直径球头砂轮6在位电火花修整，首先需要标定小直径球头砂轮6在修整工位时的球心坐标及修整电极位置坐标；然后标定球头砂轮6距对刀与监测装置的位置坐标；在进行超精密磨削过程中对小直径球头进行监测并判断砂轮的磨损状态，以便对其进行在位电火花修整；暂停超精密磨削过程以对球头砂轮6进行在位修整，并采用对刀与监测装置监测电火花放电状态及球头砂轮6的修整质量；修整后调整砂轮的球心位置，寻找磨削加工时的程序原点，并继续未完成的超精密磨削加工过程。本发明的有益效果在于：

(1)能够保证小直径球头砂轮6在位修整质量，对于2-4mm的小直径球头砂轮6修整后的面形精度小于2.5μm，直径介于1.895-1.905mm之间；

(2)能够方便而快捷的采用对刀与监测装置对球头砂轮6的磨损状态进行在位监测，检测精度为2μm，并判断砂轮是否需要在位修整；

(3)能够在位监测电火花修整球头砂轮6时电火花放电状态，以便随时调整电极的进给速度，调整范围为5-20μm/min，从而保证砂轮较高的修整质量；

(4)可以随时获取球头砂轮6图像，并判断球头砂轮6在位修整的质量，以判断砂轮是否达到了加工所需要的修整要求，轮廓误差的判断精度为2.5μm；

(5)该工艺方法的操作简单，实现方便，快捷，无需重复修整和磨削的对刀过程，显著减少总体的超精密磨削异型结构薄壁件的时间。

附图说明

图1为具体实施方式中的加工装置的原理示意图；

图2为磨削装置超精密磨削异型薄壁结构件的结构示意图；

图3(a)和图3(b)为球头砂轮6轴线空间位置对刀示意图；

图4(a)至图4(c)为球头砂轮6修整位置标定方法示意图及标定图像；

图5为球头砂轮6和对刀与监测装置位置示意图；

图6(a)和图6(b)分别为球头砂轮6磨损监测的图像和处理；

图7为球头砂轮6修整砂轮位置的调整示意图；

图8(a)至图8(c)为球头砂轮6修整时对刀与监测装置监测的示意图；

图9为球形砂轮修整后球心位置调整示意图；

图10为球头砂轮6在位修整效果图，图中横坐标为毫米、纵坐标均为微米。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施方式所述的超精密磨削异型薄壁结构件时球头砂轮在位修整方法，所述方法基于加工装置实现，如图1所示，该加工装置包括磨削装置、工件主轴8、电火花修整装置、四个对刀与监测装置和移动平台2；

工件主轴8和电火花修整装置并排设置在移动平台2上；

2号对刀与监测装置设置在磨削主轴的对面，2号对刀与监测装置的轴线与磨削主轴的轴线在同一直线上，用于在超精密磨削前，和1号对刀检测装置相配合对异型薄壁结构件9进行对刀；

1号对刀与监测装置设置在磨削主轴的侧面，1号对刀与监测装置的轴线与磨削主轴的轴线垂直，用于超精密磨削过程中对加工状态进行监测；

3号对刀与监测装置设置在电火花修整装置的对面，3号对刀与监测装置的轴线与电火花修整装置的轴线在同一直线上，3号对刀与监测装置与4号对刀装置相互配合用于实现电火花修整前修整电极和球头砂轮6相对位置的对刀；

4号对刀与监测装置设置在电火花修整装置的侧面，4号对刀与监测装置的轴线与电 火花修整装置的轴线垂直；4号对刀装置用于修整过程中电火花放电状态的监测；

磨削装置位于工件主轴8和电火花修整装置的上方；磨削装置为利用球头砂轮6对工件主轴8上的异型薄壁结构件9进行超精密磨削，同时通过调节移动平台2的位置，电火花修整装置利用修整电极对所述球头砂轮6进行在位修整；

球头砂轮6半径小于4mm；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：调整移动平台2和磨削装置，使球头砂轮6位于电火花修整的位置，利用3号和4号对刀与监测装置对球头砂轮6的球心位置进行标定，获得在位修整时的球心位置和修整电极的进给位置；

该步骤中在超精密磨削加工异型薄壁复杂结构薄壁件前，对球头砂轮6在位修整时球心位置进行标定是为了在后续的加工过程中，砂轮产生对加工具有影响的磨损时直接寻找球心标定点即可获得砂轮与电极间的相对位置关系；

步骤二：调整移动平台2使球头砂轮6位于超精密磨削的位置，利用1号对刀与监测装置对球头砂轮6的球心进行标定，获得超精密磨削时对球头砂轮6进行监测的球心位置，调整移动平台2使球头砂轮6位于所述对球头砂轮6进行监测的球心位置；

该步骤中的超精密磨削加工异型结构件前，对球头砂轮6球心与对刀与监测装置间的相对位置关系进行标定，是为了将该坐标编写至加工程序中，以便在加工到某一程序段时自动对球头砂轮6进行图像采集，以监测其磨损状态；

步骤三：利用球头砂轮6对磨削主轴上的异型薄壁结构件9进行超精密磨削，1号对刀与监测装置对球头砂轮6的磨损程度进行监测，判断砂轮磨损程度及是否需要修整，若是，暂停超精密磨削，记录异型薄壁结构件9的加工位置，则转入步骤四，若否，继续执行步骤三；

该步骤中球头砂轮6在线监测是为了判断砂轮磨损是否到达应该进行在位修整的状态，以便随时对其进行在位电火花修整；

步骤四：调整移动平台2和磨削装置，使球头砂轮6位于步骤一获得的在位修整时的球心位置；

该步骤中寻找的球头砂轮6在位修整时球心的位置坐标即为步骤一中标定的坐标，方便而快捷，同时无需在每次进行球头砂轮6在位修整时都要进行修整前的对刀工作；

步骤五：电火花修整装置利用修整电极对球头砂轮6进行在位电火花修整，利用4 号对刀与监测装置监测球头砂轮6修整状态，若球头砂轮6的修整达到使用要求，则转入步骤六，若否，重复执行步骤五；

步骤五中需要在线监测球头砂轮6电火花修整过程中放电状态，以便调整电极的进给速度，保证获得较高修整质量，同时在修整过程快完成时对砂轮的图像进行采集，以判断砂轮是否满足加工要求；

步骤六：确定修整后与修整前的球头砂轮6沿砂轮轴线的运动距离，根据该距离，使球头砂轮6回到超精密磨削时的球心位置；

该步骤中的球头砂轮6主轴安装于转台上，可随转台360度旋转，因此为了保证在旋转过程中球头砂轮6球心空间位置不发生改变，砂轮球心应该调整到转台的旋转轴线上；

步骤七：将球头砂轮6移动到步骤三中记录的异型薄壁结构件9的加工位置处，转入步骤三；

该步骤中为了在不需要重新对刀的基础上，回到超精密磨削工位对工件继续进行超精密磨削，同时继续监测砂轮的状态，并重复在位修整过程；

优选实施例中，移动平台2包括工作台、X轴运动平台和Y轴运动平台，

工件主轴8和电火花修整装置并排设置在工作台上，X轴运动平台和Y轴运动平台通过“十”字堆叠形式安装，用于控制工件主轴8和电火花修整装置在X轴方向和Y轴方向运动；

工件主轴8的轴线方向为X轴方向；

如图2所示，所述磨削装置包括C轴转台3、位移平台4、U轴定位平台5、Z轴运动平台、球头砂轮6和砂轮主轴7；

球头砂轮6安装在砂轮主轴7上；C轴转台3的下端与位移平台4连接，U轴定位平台5的上端安装在位移平台4的运动部件上，U轴定位平台5的下端与砂轮主轴7中段固定连接，砂轮主轴7呈倾斜状，砂轮主轴7位于磨削主轴的上方；

Z轴运动平台，用于带动C轴转台3上下运动，进而带动砂轮主轴7上下运动；

所述电火花修整装置包括修整电极主轴、修整电极和电极运动平台；

修整电极安装在修整电极主轴的轴孔内，修整电极主轴固定在运动平台上；

所述C轴转台3的旋转角度范围为360°；

所述步骤一包括：

步骤一一：调整移动平台2，使球头砂轮6位于电火花修整的位置，调整C轴转台3使球头砂轮6的轴线与YZ轴所在平面的夹角为α，α值为26.19°；

因球头砂轮6的主轴为倾斜放置并与XY平面成38°倾角，为了保证在电极轴线与砂轮轴线形成的平面内二者的夹角，需要通过调整C轴转台3使砂轮轴线与YZ平面的夹角为α，如图2所示，α值为26.19°，可通过式(1)获得；

步骤一二：利用3号对刀与监测装置获得修整电极端部和球头砂轮6的图像，并获得球心坐标，得到球头砂轮6的球心与修整电极的轴线在X轴方向的差值δ_x，如图3(a)所示，同时获得球头砂轮6球心与修整电极的轴线在Z方向的差值δ_z，，如图3(b)所示，将X运动平台移动-δ_x，同时Z轴运动平台移动-δ_z，并记录X轴运动平台数值，完成X方向的标定；

本步骤中对球头砂轮6的图像进行二值化处理和经典的Hough变换以获得球心坐标；

步骤一三：利用4号对刀与监测装置获得修整电极和球头砂轮6图像，同时在修整电极图像上下边分别拾取n个点，获得该2n个点的坐标，并根据该2n个点的坐标获得修整电极的轴线在Z轴的坐标Z_d；在球头砂轮6图像的上边和下边分别拾取n个点，获得该2n个点的坐标，并根据该2n个点的坐标获得球头砂轮6在YZ轴平面的轴线方程：

本实施方式中，分别在电极的上、下边缘上任选两个点，在球头砂轮6的上、下边缘也任选两点，并获得这些点在Z和Y方向上的坐标，如图4(a)所示。因电极与Y方向平行放置，所以电极轴线坐标为:

而砂轮轴线在YZ平面内的方程可以假设为：

z＝ay+b(3)

B₁₀和B₂₀连线的中点及B₁₁和B₂₁连线的中点都在砂轮轴线上，因此可以得到轴线上的两点为和将N1和N2带入式(3)中，获得砂轮杆中心线方程：

结合式(2)和式(4)可以得到电极轴线和砂轮轴线的交点为：

所获得的交点即球头砂轮6修整后球心位置。

步骤一四：根据步骤一三中的修整电极的轴线坐标与球头砂轮6的轴线方程，获取电极的轴线与球头砂轮6的轴线的交点，得到n/2组Y轴的值，对n/2组Y轴的值求平均，获得Y_O；Z_d和Y_O为球头砂轮6在位修整时的球心位置：

将4号对刀与监测装置的CCD相机轴线与电极轴线垂直放置，调节相机与电极和球头之间的距离，获得较为清晰的图像，得到球头砂轮6和电极的图像如图4(b)，并对图像进行二值化处理，获得电极和砂轮的轮廓如图4(c)所示，同时在电极上下边分别拾取10个点，并获得其坐标，其坐标值如表1。在砂轮上下边同样分别拾取10个点，如表2所示；

表1电极上拾取的点的坐标

A₁₀A₁₁A₁₂A₁₃A₁₄A₁₅A₁₆A₁₇A₁₈A₁₉Y 214 471 94 66 163 471 196 68 76 88 Z 189 190 191 189 190 191 188 191 190 191 A₂₀A₂₁A₂₂A₂₃A₂₄A₂₅A₂₆A₂₇A₂₈A₂₉Y 101 253 528 131 319 517 714 256 288 589 Z 1461 1463 1468 1462 1463 1465 1464 1463 1465 1466

表2砂轮上拾取的点的坐标

B₁₀B₁₁B₁₂B₁₃B₁₄B₁₅B₁₆B₁₇B₁₈B₁₉Y 1051 1491 1656 1233 1272 1622 1027 1611 1068 1484 Z 530 174 39 383 350 67 548 78 501 179 B₂₀B₂₁B₂₂B₂₃B₂₄B₂₅B₂₆B₂₇B₂₈B₂₉Y 2111 2549 2240 2509 2194 2478 2158 2500 2105 2540 Z 1905 1551 1804 1582 1841 1607 1871 1590 1911 1557

由表1得到Z_d＝827，同时将表2中的数值带入式(5)中获得五组Y值，并对得到的Y值取平均，最终得到Y＝2065，Z＝827；

步骤一五：控制U轴定位平台5和Z轴运动平台使球头砂轮6的球心沿砂轮轴线方 向运动到步骤一四获得的在位修整时的球心位置处，并记录此时Y轴运动平台、Z轴运动平台和U轴运动平台的数值，结合步骤一二中记录的X轴运动平台数值，作为在位修整时的球心位置，完成Y、Z和U方向的标定；

步骤一六：将球头砂轮6撤回，并将修整电极前端运动到修整电极的Z轴的坐标Z_d处，同时继续向正方向运动的距离，确定修整电极的进给位置，R表示球头砂轮6半径，完成电极最终进给位置的标定工作；

优选实施例中，所述步骤二包括：

步骤二一：1号对刀与监测装置的相机的焦距为90mm，所以需要标定球头砂轮6与相机之间的位置关系，如图5所示，调整移动平台2使球头砂轮6位于超精密磨削的位置，将1号对刀与监测装置的相机放大倍数调到最小并联合移动X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，使球头砂轮6出现在相机的视野中；

步骤二二：将相机的放大倍数调大，并使球头砂轮6充满视野，同时调节X轴运动平台、Z轴运动平台，将球头砂轮6移到视野中间，并移动Y轴运动平台使球头砂轮6成像清晰，记录此时X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台的运动数值，用于作为超精密磨削过程中球头砂轮6进行监测的球心位置。

优选实施例中，所述步骤三包括：

步骤三一：将步骤二二中标定的X、Y位置坐标写入实际磨削加工的G代码中，利用球头砂轮6对磨削主轴上的异型薄壁结构件9进行超精密磨削，完成某一特定面的特定次数加工后，球头砂轮6自动运动到1号对刀与监测装置，1号对刀与监测装置对球头砂轮6进行图像采集；

步骤三二：获取采集的图像中的砂轮轮廓，用两个同心圆逼近该砂轮轮廓，当两个同心圆间的半径差为5μm时，则确定球头砂轮6需要修整，转入步骤四；否则，砂轮未严重磨损应继续未完成的超精密磨削加工，转入步骤三一。图6(a)是未处理的砂轮图片，图6(b)为处理后的砂轮图片，为了可以观察出两个同心圆的差别，有意增加两个同心圆的直径差；

优选实施例中，步骤四中寻找的球头砂轮6在位修整时球心的位置坐标即为步骤一中标定的坐标，方便而快捷，同时无需在每次进行球头砂轮6在位修整时都要进行修整前的对刀工作：

步骤四一：当判断小直径球头砂轮6磨损时，首先标记X、Y、Z、U运动平台在停止加工时的位置坐标，然后依次运动X、Y、Z轴的运动平台寻找在步骤一中标定的相应 位置坐标；

步骤四二：联合U轴定位平台5和Z轴运动平台使球头砂轮6的球心沿砂轮轴线运动L，使磨损的球头砂轮6能够在电火花修整后获得完整的球头砂轮6，如图7所示，然后将电极沿Y方向进给，对球头砂轮6进行电火花修整；

优选实施例中，所述步骤五包括：

步骤五一：电火花修整装置利用电极对球头砂轮6进行在位电火花修整，利用4号对刀与监测装置获得清晰的球头砂轮6修整图像；

步骤五二：利用4号对刀与监测装置观察电火花放电状态，，如图8(a)所示，若电火花放电稳定，则保持修整电极的进给速度不变，电火花放电较为稳定，若电火花放电不连续，则增加修整电极的进给速度，若电火花放电过强，则放缓修整电极的进给速度，从而保证球头砂轮6修整后具有较好的状态；

步骤五三：当修整电极进给到步骤一中确定的修整电极的进给位置时，修整电极退出4号对刀与监测装置相机的视野，利用4号对刀与监测装置获得球头砂轮6的图像，如图8(b)所示，在该图像中的球心处作标准直径的圆去拟合处理后砂轮边界，如图8(c)所示，若球头砂轮6的修整达到使用要求，则停止修整；当不满足使用要求时，预估球头砂轮6直径的差值，将修整电极运动至步骤一中确定的修整电极的进给位置，转入步骤五一。

优选实施例中，步骤六包括：

步骤六一：当球头砂轮6在电火花修整后满足要求时，将X、Y、Z和U轴分别依次运动到电火花修整前的位置，但由于砂轮球心因修整的关系沿砂轮杆轴承向上运动了L，导致球心位置发生改变；

步骤六二：因砂轮主轴7与XY平面成38°夹角，所以知道砂轮沿轴线的运动长度L后，即可获得砂轮在YZ方向上需要运动的距离，如图9所示，计算如式(6)和(7)所示：

z＝L·sin(38/180·π)(6)

y＝L·cos(38/180·π)(7)

步骤六三：通过Z轴运动平台向下运动z，将U轴运动平台沿Y方向运动y，至此完成砂轮球心位置的调整工作，这样则不需要进行二次对刀，即可在球头砂轮6修整后继续进行超精密磨削工作；

优选实施例中，步骤七包括：

步骤七一：寻找程序原点，并将砂轮球心移动到暂停位置，继续进行未完成的超精密磨削加工；

步骤七二：继续循环进行砂轮的磨损监测和磨损的砂轮在位修整工作；

至此完成超精密磨削过程中小直径球头砂轮6在位修整方法的具体实施过程，修整后的砂轮的面形精度PV和直径R，如图10所示。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。