2017年數(shù)控加工技術(shù)論文(2)
2017年數(shù)控加工技術(shù)論文
2017年數(shù)控加工技術(shù)論文篇二
數(shù)控加工在線檢測技術(shù)的探究
摘 要：科學(xué)技術(shù)帶動制造業(yè)蓬勃發(fā)展起來。在提高勞動生產(chǎn)率的同時，還要以高質(zhì)量產(chǎn)品贏得市場競爭優(yōu)勢，同時還要降低投入成本。數(shù)控機(jī)床作為制造業(yè)的加工母機(jī)，屬于是高精度的自動化控制設(shè)備，在加工零件過程中能實現(xiàn)在線檢測功能，不但省時省力，而且還提高了加工效率，具有廣泛的應(yīng)用價值。本論文針對數(shù)控加工在線檢測技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究。
關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 在線檢測技術(shù) 加工精度
中圖分類號：TH165 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2014)05(a)-0035-02
在加工制造業(yè)中，對于零件的加工，無論是加工的過程，還是加工完成后的質(zhì)量和性能，都需要經(jīng)歷大量的檢測工作。目前對于加工零件的檢測，諸如夾具和零件的裝卡、找正，測定零件編程原點、檢測首件零件以及零件加工工序間以及加工完畢后的檢測等等，還是以手工檢測為主，檢測效率非常低。特別是對于大型結(jié)構(gòu)件的檢測，由于是在加工的過程中進(jìn)行實時監(jiān)測的，如果使用離線檢測技術(shù)，就很難避免誤差的產(chǎn)生，導(dǎo)致零件加工完成后，由于超差而報廢。引進(jìn)數(shù)控加工的在線監(jiān)測技術(shù)，不但可以對于加工零件實時監(jiān)測，彌補(bǔ)了手工檢測以及離線檢測所存在的不足，而且還提高了加工精度，符合先進(jìn)制造技術(shù)未來發(fā)展的要求。
1 數(shù)控機(jī)床在線檢測系統(tǒng)的構(gòu)成
數(shù)控機(jī)床的在線檢測系統(tǒng)根據(jù)是否選擇使用計算機(jī)輔助，可以分為兩種，即免去計算機(jī)輔助，直接將基本宏程序調(diào)用;開啟計算機(jī)輔助編程系統(tǒng)，檢測程序生成后，自行開發(fā)宏程序庫，將各種數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)當(dāng)中。計算機(jī)輔助在線監(jiān)測系統(tǒng)見圖1，其運(yùn)行程序見圖2。
通過對于圖1的解讀，可以明確，數(shù)控機(jī)床的在線檢測系統(tǒng)是由硬件和軟件兩個部分所構(gòu)成，其中的硬件部分包括機(jī)床本體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量系統(tǒng);軟件部分是指計算機(jī)軟件系統(tǒng)。
1.1 機(jī)床本體
機(jī)床本體的工作部件是所必需的基本部件的實現(xiàn)，作為加工和監(jiān)測的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，其受到傳動部件精度的影響。
1.2 數(shù)控裝置
數(shù)控機(jī)床通常會選擇使用CNC數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，主要構(gòu)成包括中央處理器、各類存儲器和輸入輸出接口，其中的中央處理器包括存儲器、運(yùn)算器、控制器和總線四個組成部分。作為數(shù)控機(jī)床的核心部位，該數(shù)控裝置中的各項控制功能都是通過數(shù)控加工程序來實現(xiàn)的，各種控制功能，包括輸入存儲功能、數(shù)控加工功能以及插補(bǔ)運(yùn)算功能等等，都是源自于內(nèi)部存儲器中提取程序，或者由輸入裝置所傳輸過來的程序。傳輸途徑是通過設(shè)備接口來實現(xiàn)的。一旦控制對象發(fā)生改變，或者需要調(diào)整功能，就要對于設(shè)備接口進(jìn)行調(diào)整以符合應(yīng)用要求。
1.3 伺服系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床的一個重要組成部分，就是數(shù)控機(jī)床在線檢測系統(tǒng)中的伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要控制包括進(jìn)給位置和主軸轉(zhuǎn)速的伺服控制，具體而言，就是對于機(jī)床移動部件的位置以及移動速度的控制。伺服系統(tǒng)的工作質(zhì)量對于機(jī)床的表面質(zhì)量、加工和測量精度以及生產(chǎn)效率都具有重要的影響力。
1.4 測量系統(tǒng)
測量系統(tǒng)是在線檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響在數(shù)控加工在線檢測精度，在構(gòu)成上主要包括信號傳輸系統(tǒng)、接觸觸發(fā)式測頭以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中的測頭是測量系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其主要作用是在零件加工的過程中用于測量尺寸，并據(jù)此對于加工程序進(jìn)行自動更正，不斷地完善零部件加工精度。從這個意義上講，數(shù)控機(jī)床不僅是加工設(shè)備，而且還具備了測量機(jī)的一些功能。
以英國雷尼紹公司所生產(chǎn)的雷尼紹測頭為例，其被多數(shù)數(shù)控機(jī)床所使用。雷尼紹測頭根據(jù)各自性能的不同，包括有多種類型，按照使用功能不同，可以劃分為刀具測頭和工件檢測測頭;按照不同的信號傳輸方式，可以將側(cè)頭劃分為感應(yīng)式側(cè)頭、光學(xué)式側(cè)頭、硬線連接式側(cè)頭以及無線電式測頭;按照不同的接觸測量形式，可以將側(cè)頭劃分為接觸式測量測頭和非接觸測量測頭。在選擇測頭的過程中，要根據(jù)機(jī)床的型號以及使用功能選擇合適的測頭。
1.5 計算機(jī)軟件系統(tǒng)
計算機(jī)軟件系統(tǒng)是運(yùn)用計算機(jī)輔助，開發(fā)數(shù)控加工的軟件運(yùn)行程序，以實現(xiàn)在線檢測。通過計算機(jī)軟件系統(tǒng)所實現(xiàn)的數(shù)控加工在線檢測功能包括數(shù)據(jù)的采集，并對于數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)性處理，對于數(shù)控程序的生成進(jìn)行檢測，包括檢測過程中的仿真和通信等等。目前數(shù)控機(jī)床的在線檢測兼容了各種具有數(shù)據(jù)分析和計算功能的軟件，諸如CAM、CAD、CAE、CAPP以及VC++等軟件的使用，為測量工作簡化了程序，節(jié)省了世間。
2 數(shù)控加工在線檢測的工作原理
在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床在線檢測的時候，計算機(jī)系統(tǒng)上首先要建立自動生成檢測主程序的編程系統(tǒng)。當(dāng)啟動檢測主程序，計算機(jī)信息就可以通過接口傳遞給數(shù)控機(jī)床，測頭就按照編程系統(tǒng)的指令按照規(guī)定的路徑運(yùn)動。這些程序都是通過G31實現(xiàn)跳步指令的有效性的。G31屬于是非模態(tài)G指令，其對于指令程序的有效性僅僅局限于指令的程序段中，因此，通常會用于數(shù)控機(jī)床的測頭測量程序當(dāng)中。指令格式為：G31(G90/G91)IP―F―(其中的“IP”是X軸、Y軸、Z軸中的一個軸)。G31處于執(zhí)行指令段的時候，如果輸入有SKIP信號，那么所執(zhí)行的指令就可以轉(zhuǎn)到下一個程序段，而不必繼續(xù)執(zhí)行尚沒有完成的指令。測頭執(zhí)行測量程序的時候，如果測球已經(jīng)接觸到了部件，就會有觸發(fā)信號發(fā)出，并通過測頭與數(shù)控系統(tǒng)之間所建立的準(zhǔn)用接口傳遞到轉(zhuǎn)換器，然后轉(zhuǎn)而再傳送到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)當(dāng)中，記錄下該點的坐標(biāo)。一旦接收到信號，機(jī)床就不再運(yùn)動，通過通信接口，測量點的坐標(biāo)傳到計算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中才儲存，完成一側(cè)測量動作，可以進(jìn)行到下一個測量動作。針對于系統(tǒng)測量結(jié)果，該項測量值可以實現(xiàn)計算補(bǔ)償，并實現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)處理。
數(shù)控加工在線檢測在測量零件的幾何形狀時，所需要執(zhí)行的檢測路徑為：先將零件的待測形狀確定下來，將該零件的形狀特征作為幾何要素，結(jié)合零件的待測精度特征，將檢測點數(shù)以及分布情況確定下來，并建立數(shù)學(xué)計算公式。將工件的坐標(biāo)系確定下來之后，可以根據(jù)檢測零件的條件確定檢測路徑。 3 數(shù)控加工在線檢測技術(shù)的應(yīng)用
在零件加工中，采用在線檢測技術(shù)，可以將工件的位置快速地確定下來，并設(shè)定好坐標(biāo)系。在檢測工件尺寸的同時，還會根據(jù)測量的數(shù)據(jù)結(jié)果對于刀偏量自動地修正。此外，在線自動檢測及技術(shù)可以設(shè)定夾具和旋轉(zhuǎn)軸，而且在進(jìn)行柔性加工中確認(rèn)工件以及夾具。
3.1 應(yīng)用測量軟件自動修正工件坐標(biāo)系
使用測量軟件可以在線測量工件的坐標(biāo)系，避免了傳統(tǒng)人工輸入所造成的錯誤，而且還會降低零部件的損壞程度，延長機(jī)床的使用壽命。
依賴于手工操作，將測頭安裝在主軸以及刀架的上面，手動操作進(jìn)行序中測量和首件檢測，都需要操作人員具有較高的專業(yè)技能，而且如果將工件轉(zhuǎn)移到坐標(biāo)測量機(jī)上，往往會不適宜。從測量效果來看，測量工件依賴于手工操作，往往會耗時長，缺乏精確度，而且很容易出現(xiàn)人為誤差。由于一致性較差，所以在進(jìn)行檢測的時候，還需要試切，導(dǎo)致了重復(fù)勞動。在工件加工的過程中，如果機(jī)床停止運(yùn)行的狀態(tài)下對于工件的關(guān)鍵尺度進(jìn)行檢測，如果刀具因此而磨損，都不容易發(fā)現(xiàn)。
應(yīng)用測量軟件，使用測頭檢測，可以運(yùn)用軟件自動計算功能，根據(jù)設(shè)定的規(guī)格對于工件的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。序中工件的測量，可以采用自動修正偏置值的方式來進(jìn)行，消除了由于操作人員人為因素所造成的誤差，提高了自動化加工控制的可靠性，同時，還使工件報廢的風(fēng)險降低。軟件自動控制，可以通過過程反饋實施適應(yīng)性加工，以避免各種變化所造成的不斷修改。在首件檢測的過程中，可以將自動偏置更新功能利用起來，盡量避免由于等待檢測結(jié)果而延長停機(jī)時間。
3.2 在數(shù)控加工的程序中嵌入測量程序
數(shù)控加工的程序中，對于零部件的測量要求精度很高，這就需要采用高精度電壓測量的方式。萬用表可以實現(xiàn)高精度測量，而且可以進(jìn)行存儲程序控制，其測量中所能夠達(dá)到的測量精度非常高，而且實現(xiàn)了13/2位的分辨率。進(jìn)行信息通訊和測量的時候，將可編程儀器所發(fā)出的指令嵌入到VC軟件系統(tǒng)當(dāng)中，不僅可以創(chuàng)立友好型的測量界面，而且還是控制程序具有較高的可讀性和靈活運(yùn)用性。
軟件系統(tǒng)在構(gòu)成上，主要包括實時操作系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)采集和處理軟件、先進(jìn)控制軟件以及PID軟件。PID(全稱：Proportion- Integral- Differential)，即為比例-積分-微分。使用該軟件可以通過計算，對于數(shù)據(jù)進(jìn)行直接控制。
3.3 減低夾具的消耗費(fèi)用
采用測頭測量的方式將工件的坐標(biāo)系找準(zhǔn)，然后使用夾具夾緊，可以避免由于使用千分表進(jìn)行手動調(diào)整而帶來的各種不便。將測頭安裝在數(shù)控中心的主軸位置，或者位于車削中心的刀架上，可以避免由于手動設(shè)定而造成測量誤差，對于工件具有很好的校正作用，并且設(shè)定校準(zhǔn)軸。使用自動卡具具有很高的靈活性，批量產(chǎn)品的尺寸，不但提高了勞動生產(chǎn)率，而且還大大地降低了停機(jī)時間。
3.4 良好的過程控制可以提高安全性
數(shù)控加工的在線檢測技術(shù)，在改善過程控制的時候，工件的在線檢測所獲得的尺寸能夠及時做出反饋，可以降低由于操作人員的主觀因素而導(dǎo)致的機(jī)外檢測的輔助時間減少。由于在線檢測為自動化操作，因此而避免了操作者由于運(yùn)行不當(dāng)而造成傷害。當(dāng)防護(hù)門處于打開的狀態(tài)的時候，程序無法自動運(yùn)行，所以各項指令，包括準(zhǔn)備功能和輔助功能的指令都被迫停止。要使數(shù)控機(jī)床處于正常的自動加工狀態(tài)，就要確保機(jī)床防護(hù)門關(guān)閉，自動鎖住門鎖之后，可以啟動工件的找正和在線檢測程序。
4 數(shù)控加工中尺寸在線檢測系統(tǒng)中的研發(fā)
4.1 在線測量尺寸的意義
關(guān)于尺寸的在線測量是否需要停機(jī)的問題，主要是基于機(jī)床加工過程所呈現(xiàn)出來的動態(tài)性和復(fù)雜性，導(dǎo)致各種因素對于測量精確度的影響。處于加工狀態(tài)下，加床會振動，產(chǎn)生熱變形，切削過程中所產(chǎn)生的切屑以及所使用的冷卻液，都會對于檢測造成影響，加之檢測過程中的安全性以及儀器的安裝等等的干擾，使得對于工件尺寸直接測量非常困難?？梢?，對于在零件加工過程中，在線檢測尺寸，多采用簡潔測量的方式，即停機(jī)測量。
數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動部件精度很高，將其與測量儀器建立起關(guān)聯(lián)，就是要實現(xiàn)在機(jī)測量。在良好的加工控制環(huán)境中，機(jī)床加工設(shè)備同時還可以作為測量設(shè)，在機(jī)床精度的基礎(chǔ)上，各種測數(shù)據(jù)軟件被開發(fā)處理，不但可以達(dá)到自動測量的效果，而且還使測量的結(jié)果更具有直觀性。
4.2 生成測量程序
當(dāng)測量點的分布確定之后，還要對零部件的測量路徑以及測量程序加以確定。在編制測量程序的時候，可以采用手工編制的方法，也可以自動編程。為了對于所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確處理，要對被測量的尺寸采用分段的方式，建立存儲格式，以使所獲得的幾何尺寸和形位尺寸更為符合要求。在具體測量操作上，要將DHP50數(shù)控鏜銑加工中心測量程序通用模板建立起來，建立起測量程序模塊，采用半自動方法將測量程序生成。在測量零件的時候，要選擇使用人機(jī)交互的方式。當(dāng)各種測量參數(shù)被輸入到測量程序模板中時候，就會將尺寸以及形位誤差自動生成。
4.3 加工誤差補(bǔ)償
當(dāng)機(jī)床所獲得的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)之后，軟件對其進(jìn)行分析處理，以獲取加工零件的尺寸數(shù)據(jù)。除了避免人為因素而導(dǎo)致的測量誤差之外，還創(chuàng)造了良好的加工環(huán)境，并根據(jù)零件標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整零件的工藝參數(shù)。針對于機(jī)床加工零件的線形尺寸誤差，對于引起的該種現(xiàn)象的各種因素進(jìn)行分析，主要包括刀具安全以及操作不準(zhǔn)確而造成的刀具磨損。這種現(xiàn)象的補(bǔ)償可以通過在線測量軟件進(jìn)行調(diào)整。使用系統(tǒng)軟件對于數(shù)控加工程序進(jìn)行調(diào)整，以修正加工誤差。此外，出現(xiàn)測量誤差的因素還有很多，包括受力變形以及零件裝夾的變形等等，都會導(dǎo)致形位誤差產(chǎn)生。基于造成測量誤差的復(fù)雜性，如果僅僅通過調(diào)整刀具補(bǔ)償顯然是不夠的，還要根據(jù)具體的情況進(jìn)行分析，以制定有效的解決措施。
5 結(jié)論
綜上所述，數(shù)控加工的在線檢測技術(shù)，能夠?qū)τ跀?shù)控加工中所存在的缺陷及時地發(fā)現(xiàn)，并對于誤差進(jìn)行技術(shù)性修正，不但節(jié)約了加工成本，而且大大地提高了加工效率?？梢姡诰€檢測技術(shù)在中國的加工制造業(yè)具有良好的發(fā)展前景。
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