數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與設(shè)備改良研究

李倫興，孫茂悅，黃圓圓

沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司沈一車(chē)床廠，遼寧 沈陽(yáng) 110142

在任何的生產(chǎn)和加工過(guò)程中，檢測(cè)屬于確保產(chǎn)品質(zhì)量的唯一保證，檢測(cè)技術(shù)的高低直接決定著精密制造業(yè)的發(fā)展前景。近幾年，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的不斷壯大和發(fā)展，生產(chǎn)加工企業(yè)對(duì)在線檢測(cè)技術(shù)在不斷地更新和完善。在線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)就是能夠避免所有的離線檢測(cè)而導(dǎo)致的二次裝夾的誤差，不但縮短了整個(gè)零件的搬運(yùn)周期和生產(chǎn)時(shí)間，而且還能直觀有效地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，所以在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展有著不可或缺的意義。如何提高企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的在線檢測(cè)效率和精度，就必須要有針對(duì)性科學(xué)地進(jìn)行檢測(cè)設(shè)計(jì)。

1 數(shù)控設(shè)備在線檢測(cè)系統(tǒng)

在線檢測(cè)系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)完全引入到數(shù)控機(jī)床中，客觀地說(shuō)在線檢測(cè)實(shí)際就是對(duì)“探測(cè)頭+數(shù)控機(jī)床”的補(bǔ)充和改良，主要是依據(jù)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大存儲(chǔ)和計(jì)算功能，再利用軟件技術(shù)逐步改進(jìn)自動(dòng)檢測(cè)的效率、精度以及可操作性，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)測(cè)量結(jié)果和測(cè)量過(guò)程的直觀可視性，把數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工過(guò)程中的在線檢測(cè)技術(shù)提升到一個(gè)歷史的最高點(diǎn)。

2 數(shù)控設(shè)備在線檢測(cè)的可行性

一觸發(fā)式測(cè)頭系統(tǒng)和一些相關(guān)的測(cè)試程序是整個(gè)數(shù)控機(jī)床配備中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這種系統(tǒng)和程序的結(jié)合就完好地構(gòu)成了生產(chǎn)企業(yè)的在線檢測(cè)系統(tǒng)。如果本系統(tǒng)能夠把檢測(cè)和加工集成到一起，就可完全實(shí)現(xiàn)了整個(gè)加工生產(chǎn)過(guò)程中的所有自動(dòng)檢測(cè)。在線檢測(cè)系統(tǒng)最主要的部件主要有計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、工件和測(cè)頭。它的實(shí)現(xiàn)步驟為，第一要在具體的計(jì)算機(jī)上完成相應(yīng)的自動(dòng)檢測(cè)的實(shí)際代碼，然后再把檢測(cè)代碼經(jīng)過(guò)RS-232的串行通訊接口具體傳輸給需要檢測(cè)的數(shù)控機(jī)床，這樣就可以讓機(jī)床的伺服系統(tǒng)進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)所有的工作部件，從而逐步帶動(dòng)了探測(cè)頭，之后再按照所設(shè)計(jì)的檢測(cè)程序的具體要求進(jìn)行檢測(cè)；第二當(dāng)測(cè)頭對(duì)整個(gè)工件實(shí)行檢測(cè)的過(guò)程中就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)，然后再通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的專(zhuān)用接口和測(cè)頭逐步轉(zhuǎn)變成數(shù)控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確辨認(rèn)的信號(hào)，之后再通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行記錄測(cè)點(diǎn)的具體坐標(biāo)，最后在按照檢測(cè)程序再執(zhí)行第二個(gè)動(dòng)作；第三在軟件系統(tǒng)的控制之下，我們可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果逐一補(bǔ)償、計(jì)算、可視化及數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接等所有項(xiàng)的數(shù)據(jù)處理，這樣就能相對(duì)比較準(zhǔn)確地完成整個(gè)檢測(cè)步驟。其實(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)就是通過(guò)將檢測(cè)與加工過(guò)程設(shè)計(jì)在同一臺(tái)設(shè)備中，從而避免了輔助時(shí)間長(zhǎng)、重復(fù)裝夾、多次定位誤差等問(wèn)題。因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程均是由數(shù)控程序進(jìn)行控制，所以能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化，在線檢測(cè)屬于軟件自動(dòng)控制的一種新型檢測(cè)技術(shù)。如今使用最廣的測(cè)頭主要是還是觸發(fā)式測(cè)頭，它的價(jià)格相對(duì)比較低，而且可靠性也很強(qiáng)。

3 直線度的檢測(cè)

直線度其實(shí)就是實(shí)際被測(cè)的直線對(duì)理論直線的一個(gè)變動(dòng)量。眾所周知，直線度公差其允許的最大變動(dòng)量，是完全可用來(lái)控制一個(gè)具體的表面之上任何一條線，它是在給定的具體平面內(nèi)或給定的兩個(gè)方向上互相垂直的直線度誤差。

3.1 測(cè)點(diǎn)的分布及法矢的確定

通常情況下，零件的表面其中任何一條直線段上的不同的點(diǎn)都是直線度的在線檢測(cè)的對(duì)象。這里所說(shuō)的直線度在線檢測(cè)是基于CAD的一種在線檢測(cè)直線度，所以一定要先構(gòu)造一條直線段，之后才能在這條直線段的具體有效的線段上進(jìn)行比較合理的分布相應(yīng)測(cè)點(diǎn)。通常，構(gòu)造的這些直線段一般都是處在零件某一平面上的表面上。

一般情況下，我們把直線段上具體測(cè)點(diǎn)都是劃分為兩種，一種是無(wú)規(guī)則的，一種是有規(guī)則的。具體的檢測(cè)過(guò)程中直線度在線檢測(cè)的測(cè)點(diǎn)的實(shí)際分布都是反映了整個(gè)待測(cè)零件的基本形狀；另外，在測(cè)點(diǎn)的合理分布的情況之下，如果測(cè)點(diǎn)的數(shù)量越多，那么整個(gè)測(cè)量的誤差結(jié)果就會(huì)很小。所以在一些高精度的測(cè)量過(guò)程中，一定要適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行增加一些測(cè)點(diǎn)數(shù)。當(dāng)這些測(cè)點(diǎn)生成后，必須要首先考慮到測(cè)點(diǎn)的法矢。其實(shí)，測(cè)點(diǎn)的法矢還是依據(jù)測(cè)點(diǎn)所處的曲面的形狀來(lái)決定的。一般情況下，在線檢測(cè)直線度所分布的測(cè)點(diǎn)都是在在圓柱的側(cè)表面上或平面上。

3.2 路徑的規(guī)劃

測(cè)點(diǎn)的法矢和位置已經(jīng)確定之后，就要根據(jù)具體情況進(jìn)行規(guī)劃相應(yīng)的路徑。規(guī)劃路徑的主要原因就是為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測(cè)工作的快速性、有序性、高效性，只有經(jīng)過(guò)了具體的規(guī)劃才能確保在檢測(cè)時(shí)工件與測(cè)頭無(wú)端碰撞，所以必須要對(duì)檢測(cè)路徑進(jìn)行一個(gè)科學(xué)合理的規(guī)劃。為了縮短整個(gè)測(cè)頭在檢測(cè)時(shí)的移動(dòng)距離，檢測(cè)順序通常都是在最邊上的點(diǎn)逐步開(kāi)始。為了確保整個(gè)檢測(cè)的精度和效率，我們可以把測(cè)頭的相應(yīng)移動(dòng)速度劃分成兩類(lèi)：其一屬于高速，就是在測(cè)頭不是近距離地靠近整個(gè)部件的表面時(shí)，通常都是把移動(dòng)測(cè)頭的速度調(diào)成高速；其二屬于低速，就是在測(cè)頭近距離地靠近整個(gè)零件的表面時(shí)，把移動(dòng)測(cè)頭的速度調(diào)成低速。測(cè)頭應(yīng)該先從測(cè)點(diǎn)的Pl法矢方向，把測(cè)點(diǎn)Pl作為整個(gè)測(cè)試的起始點(diǎn)，高速移動(dòng)到點(diǎn)N1的時(shí)候，之后低速就會(huì)對(duì)P1點(diǎn)進(jìn)行具體的檢測(cè)。當(dāng)測(cè)點(diǎn)Pl在檢測(cè)完后，測(cè)頭高速就會(huì)回退到Bl點(diǎn)，最后再移動(dòng)到P2的檢測(cè)起始點(diǎn)A2進(jìn)行P2點(diǎn)的檢測(cè)。從上所述，遵循整個(gè)測(cè)量的路徑，反復(fù)進(jìn)行測(cè)量，直至到完成了整個(gè)在線檢測(cè)的工作。

3.3 直線度誤差的計(jì)算

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11369-1989 ，不同方向的直線度誤差是包容實(shí)際最小區(qū)域圓柱面的直徑。空間直線度誤差評(píng)定的主要方法有以下幾種：遺傳基因算法、兩端點(diǎn)連線法、最小包容區(qū)域法、網(wǎng)絡(luò)分離法及最小二乘法。因?yàn)樽钚《朔ㄏ鄬?duì)比較簡(jiǎn)單，所以通常都是選用最小二乘法來(lái)進(jìn)行評(píng)定整個(gè)直線度誤差。

4 結(jié)論

在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)所進(jìn)行的在線檢測(cè)，能夠避免所有的離線檢測(cè)而導(dǎo)致的二次裝夾的誤差，不但縮短了整個(gè)零件的搬運(yùn)周期和生產(chǎn)時(shí)間，而且還能直觀有效地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，所以在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展有著不可或缺的意義。為了提高檢測(cè)效率和進(jìn)一步提高檢測(cè)的精度，不同的檢測(cè)對(duì)象要考慮采取不同的檢測(cè)方法。特別是針對(duì)不同規(guī)則特征的在線檢測(cè)，其檢測(cè)方法有的相差很大，但其檢測(cè)的流程卻大致相同。

[1]劉利劍，等.加工中心在線測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械工程師，2009(12)：19-21.

[2]孫志海.基于CAD的加工中心在線檢測(cè)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[D].河北：河北工業(yè)大學(xué)，2008.