?數(shù)控加工中心在線檢測(cè) - 加工中心
精工加工中心在線檢測(cè)如何提升加工中心的制造質(zhì)量意義是很大的。而精工機(jī)床,、加工中心所具備的在線檢測(cè)功能就 是 一種十分有效的手段，能有效地提高工件的制造質(zhì)量,。 隨著轎車制造業(yè)的生產(chǎn)模式從大批量單一品種漸漸演變成中小批量多品種,，加工中心在相關(guān)企業(yè)中的應(yīng)用日趨增多,，尤其是用于動(dòng)力總成系中那些復(fù)雜零件的加工,，如發(fā)動(dòng)機(jī)中的缸體,、缸蓋,，變速器中的殼體等,。鑒于這些零件不但形狀復(fù)雜,、工藝要求高，一旦出現(xiàn)廢品就會(huì)造成很大損失,，因此,，如何提升加工中心的制造質(zhì)量意義是很大的。而隨機(jī)檢測(cè)功能的設(shè)置就是一種十分有效的手段,。 隨機(jī)量?jī)x的基本組成及主要功能 1.系統(tǒng)的組成 量?jī)x主要由接觸式測(cè)頭,、信號(hào)接收器和輸出電纜(或接口裝置)組成,，根據(jù)傳送信號(hào)的性質(zhì),，又分為紅外線和無(wú)線電等兩種,。兩者的差別在于后一種的信號(hào)傳送能力更強(qiáng),，不但距離遠(yuǎn),，在受到物體阻擋的情況下也不受影響,。圖1給出了一種典型系統(tǒng)的工作過(guò)程：接觸式測(cè)頭的檢測(cè)結(jié)果以紅外信號(hào)方式發(fā)送到安裝在加工中心內(nèi)的接收器,，接收器通過(guò)輸出電纜(或經(jīng)過(guò)接口裝置)再將信號(hào)傳送到機(jī)床控制系統(tǒng),。而測(cè)頭作為紅外信號(hào)發(fā)送器，可在360°范圍內(nèi)發(fā)送信號(hào),，圖1中的接口裝置可對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將其傳送到加工中心的精工系統(tǒng)。但在多數(shù)情況下,，檢測(cè)程序還是由機(jī)床廠商按實(shí)際需求編制后,，根據(jù)輸入的信號(hào)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能,。 2.主要功能 測(cè)頭就象刀具一樣,，平時(shí)存放在加工中心的刀庫(kù)中,，依照不同的要求,，在一道加工工序之前或之后調(diào)出，再按程序執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè),，從而實(shí)現(xiàn)某種功能,。概括地說(shuō)，通過(guò)隨機(jī)檢測(cè)主要可以達(dá)到以下目的： 刀具狀態(tài)的檢測(cè) 有別于存放在機(jī)床刀庫(kù)中的測(cè)頭,，此時(shí)是利用設(shè)置在機(jī)床工作臺(tái)面上的測(cè)量裝置(測(cè)頭),，對(duì)刀庫(kù)中的刀具按事先設(shè)定的尺寸進(jìn)行對(duì)刀測(cè)量,，同時(shí)也能進(jìn)行刀具破損或安裝型號(hào)正確與否的識(shí)別,。 在這種應(yīng)用場(chǎng)合,，檢測(cè)信號(hào)是采用前述電纜傳送方式輸入接口裝置,，或直接與機(jī)床精工系統(tǒng)連接,。對(duì)刀測(cè)量裝置有接觸式和非接觸(光學(xué))式兩種,，圖2是接觸式的一個(gè)示例。 圖2 隨機(jī)量?jī)x的對(duì)刀檢測(cè)·確定加工狀態(tài)：工件找正,、參數(shù)設(shè)定和補(bǔ)償 所謂“找正”,，是指為了保證工件的正確安裝、定位而采取的相應(yīng)措施,。至于存在“不正”,，則既有夾具方面的原因，也有工件自身因素的影響,。無(wú)疑,，加工狀態(tài)的找正是確保工件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)。另外,，由于受到溫度變化和刀具磨損等漸變因素的作用,，加工狀態(tài)的穩(wěn)定性也會(huì)發(fā)生改變，影響到制成品的質(zhì)量,，故在必要時(shí)也需采取補(bǔ)償措施,。隨機(jī)檢測(cè)在期間也發(fā)揮了重要的作用。 工件的自動(dòng)檢測(cè) 在一道工序完畢后,，或?qū)λ泄ば蚨家淹瓿珊蟮墓ぜM(jìn)行自動(dòng)測(cè)量,，即直接在機(jī)床上實(shí)施對(duì)制成品的檢驗(yàn)，是隨機(jī)檢測(cè)的又一種功能,。此時(shí),，相當(dāng)于把一臺(tái)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移到了機(jī)床上，顯然,，這能大大減少脫機(jī)測(cè)量的輔助時(shí)間,，降低質(zhì)量成本。事實(shí)上,，現(xiàn)今這種在機(jī)測(cè)量功能也確已十分強(qiáng)大,，除了可進(jìn)行各種幾何元素的快速檢測(cè)外,，利用專門開發(fā)的軟件還能完成脫機(jī)編程，通過(guò)在電腦中模擬,，還可避免干涉、碰撞等現(xiàn)象的發(fā)生,。 應(yīng)用實(shí)例 加工中心多年前在國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè),，包括汽車行業(yè)已有所應(yīng)用,，但裝備隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)則還是近十年來(lái)才出現(xiàn)的現(xiàn)象。由于能顯著提高制造質(zhì)量,、工作效率和降低差錯(cuò)，在企業(yè),、特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī),、變速器等工廠的應(yīng)用日趨增多,。以下一些來(lái)自生產(chǎn)實(shí)際的示例提供了充分的說(shuō)明,。 例1：溫度補(bǔ)償和刀具磨損補(bǔ)償 10 年前,，某發(fā)動(dòng)機(jī)廠正在驗(yàn)收一條柔性缸蓋自動(dòng)生產(chǎn)線,，在對(duì)其中二臺(tái)加工中心幾項(xiàng)關(guān)鍵線性尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)備能力評(píng)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)器能力指數(shù)都能滿足要求,。但當(dāng)執(zhí)行過(guò)程能力評(píng)價(jià)時(shí),，即對(duì)延續(xù)二班或更長(zhǎng)時(shí)間的抽檢數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，就出現(xiàn)分散性較大,，過(guò)程能力指數(shù)Cp.Cpk值偏低的情況,。經(jīng)剖析可能引起的原因，確認(rèn)是溫度變化造成的,，顯然，不采取補(bǔ)償措施就難以消除由此引起的誤差。最后,，通過(guò)給機(jī)床添加了隨機(jī)檢測(cè)功能，終于徹底解決了問(wèn)題,。方法是：在刀庫(kù)中配一觸發(fā)式測(cè)頭，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的頻次(如1次/10件),，如同一把刀具般地取出,，打在安裝工件的夾具上的某一固定位置,。由于正確地判斷出這一位置的變化與受控關(guān)鍵尺寸之間存在著線性相關(guān),，因此就可以根據(jù)測(cè)得值的變化來(lái)調(diào)整進(jìn)刀量,，從而有效地實(shí)施了補(bǔ)償,。 同樣地,，進(jìn)行溫度補(bǔ)償或刀具磨損補(bǔ)償也可采用另一種方法。不久前,，南方一汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠為了確保加工缸蓋上平面后的尺寸精度,，采取了將隨機(jī)量?jī)x的測(cè)頭打在銑削完畢后的工件表面上,，按每10件1 次的間隔進(jìn)行測(cè)量,。若發(fā)現(xiàn)有較大偏差,，即根據(jù)設(shè)定的補(bǔ)償方式自動(dòng)調(diào)整加工參量,。一般來(lái)說(shuō)，受溫度變化或刀具磨損的影響而帶來(lái)的波動(dòng)呈現(xiàn)規(guī)律性,，據(jù)此可確定相應(yīng)的補(bǔ)償方式。 圖 3所示的加工中心擁有一個(gè)碩大的,、稱為“交換器”的轉(zhuǎn)臺(tái)，在其直徑方向安裝了兩個(gè)“托盤”,，其實(shí)是兩個(gè)用于裝夾工件的回轉(zhuǎn)工作臺(tái),，可背向安裝兩個(gè)缸蓋罩殼,。兩個(gè)工作臺(tái)所處位置總是對(duì)應(yīng)機(jī)床前,、后部的“上下料”和“加工”工位,，即當(dāng)一組工件處于加工工位被順序進(jìn)行加工時(shí),，操作工則在上下料工位從事工序完畢后的卸料和再次上料,?！敖粨Q器”和“托盤”的回轉(zhuǎn)精度很高，但前者在交換兩個(gè)工作臺(tái)位置時(shí),，必須先由舉升機(jī)構(gòu)將整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)抬起,，然后轉(zhuǎn)動(dòng)180°,，再落入一依靠錐面匹配的定位裝置,。由于工作環(huán)境惡劣，難免會(huì)有冷卻液帶入的鋁屑,、雜物等粘附在定位面上,，由此會(huì)造成轉(zhuǎn)臺(tái)的微量偏斜，并傳遞到工作臺(tái)（“托盤”）和其上的夾具,。從圖3可見(jiàn),，被加工的缸蓋罩殼是直立裝夾的，故受偏斜帶來(lái)的影響就更大,。若不對(duì)這一項(xiàng)引起誤差的因素進(jìn)行監(jiān)控,，將不利于保證工件的質(zhì)量,，為此,，安排了隨機(jī)檢測(cè)的環(huán)節(jié)，用于夾具的找正,。方法是在工作臺(tái)上夾具的上部設(shè)一基準(zhǔn)塊,，當(dāng)工作臺(tái)置于機(jī)床的加工工位時(shí)，在對(duì)工件實(shí)施切削加工前,，動(dòng)力頭先調(diào)出測(cè)頭,，打在基準(zhǔn)塊的小平面上(見(jiàn)圖3所示)，通過(guò)與預(yù)先的設(shè)定值相比較來(lái)判斷夾具的狀態(tài),，當(dāng)出現(xiàn)超出允許范圍的偏差時(shí),，即通知操作人員或機(jī)修人員進(jìn)行處理。 例3：工件找正被加工工件是一種新穎汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的大型鋁鑄件——鏈輪罩殼,，在這臺(tái)機(jī)床的眾多工序中,，對(duì)其中4個(gè)孔的加工是極為重要的。圖4中,，從左至右顯示了這些孔,，其中第4個(gè),，也是最右側(cè)一個(gè)正所處在待測(cè)(相當(dāng)于“加工”)位置。為了確?？椎募庸べ|(zhì)量,，在工藝上就必須使刀具的回轉(zhuǎn)中心與工件毛坯孔的中心保持一致。但從圖中可見(jiàn),，四個(gè)孔呈輻射,、散布狀，孔徑和中心高又相差很大,。在這種情況下,，如果仍執(zhí)行一成不變的加工程序，那么即使是裝夾中的細(xì)微差別,，或是鑄件自身的一些差異,，都會(huì)影響孔的制造質(zhì)量。為此,，利用機(jī)床的隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)在加工前先逐個(gè)對(duì)每個(gè)毛坯孔進(jìn)行測(cè)量,。方法是通過(guò)在圓周的上下、左右共打4點(diǎn)來(lái)精確地確定孔中心的坐標(biāo)位置,，據(jù)此,，再有針對(duì)性地執(zhí)行各個(gè)孔的加工，顯然,，經(jīng)過(guò)“工件找正”之后,，各孔的制造質(zhì)量就有了充分保證。此外,，在找正的同時(shí),，還可以得到鑄孔的毛坯余量，若進(jìn)一步利用變量編程,，還可以實(shí)現(xiàn)毛坯余量的自動(dòng)分配,，這樣就既能保證孔加工過(guò)程中切削力不會(huì)過(guò)大，以免損傷機(jī)床和刀具,，又能提高刀具的耐用度,，以使工作效率達(dá)到最高。 利用隨機(jī)量?jī)x進(jìn)行機(jī)內(nèi)對(duì)刀,，以及在加工前對(duì)夾具,、工件實(shí)施“找正”，或在加工后通過(guò)隨機(jī)檢測(cè)進(jìn)行溫度,、刀具磨損的補(bǔ)償,，凡此種種，不但保證了零件的加工質(zhì)量,，而且能有效地提高生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的質(zhì)量水平,。