探析三維測頭在數控加工中的應用

陳明柏

摘 要：數控機床是一種裝載有一定程序控制系統的自動化機床，其性能的優良與否同機床附屬物件的選擇是否恰當具有密切的關系。文章對三維測頭解決工件在數控機床上的位置、坐標系、對刀以及對工件的在線測量等問題的解決措施作一簡單的探討。

關鍵詞：三維測頭；數控加工；應用

數控機床擁有普通機床三倍的工作效率，因此我國企業對數控機床的應用十分重視，數控機床的發展速度很快。隨著數控機床使用范圍的擴大，工作人員在使用數控機床中發現了一些問題，比如：待加工零件在數控機床上的位置調整頗為繁雜、數控機床的利用率及工件加工效率問題。企業迫切希望在保證數控機床加工工件質量的前提下解決上述問題。文章通過對EP6B型三維測頭的介紹來說明三維測頭在數控加工中的應用問題。

1 三維測頭的應用原理

EP6B型三維測頭屬于導電式測頭中的一種重要類型，它主要是由測針、柄部、測頭主體三大部分組成的。絕緣體將柄部和測針之間分隔開來，充電電池所提供的工作電壓為3.5V。當三維測頭進行測量作業時，測針尖端的球形觸頭將會同工件相接觸。在測頭內部設有一個常開電路，此電路與機床的主體和工件之間產生一個回路，測頭內部的電路由此回路來驅動，進而產生光電信號，光電信號通過相關的光纖傳輸到相應的設備經過解析顯示在顯示屏上，這樣工作人員就可以從顯示屏上讀取該點的“測量值”。工作人員通過對不同點的測量確定這些點的位置關系及球型觸頭直徑在測量過程中同測量數據之間的補償關系。通過對這些數據進行簡單的計算工作人員就可以得出高精度的測量結果。當觸頭快要接觸到工件的時候，工作人員應當將檔位調至手動擋，手動控制三維測頭慢速接近，當接觸到工件的時候立刻離開，這樣反復操作2到3次，用來確定觸頭和工件之間剛好接觸時的精確位置。這種反復接觸雖然麻煩但對測量精確度的提高卻是非常有幫助的。

2 三維測頭的應用

2.1 確定工件安裝位置

由于我們所加工的產品同一般的產品不同，具有一定的特殊性和加工精度，工廠對所加工產品的合格率及質量的要求比較高有的甚至要求工件合格率達到百分之百。下面，筆者以一臺大型數控鏜銑床為例子對工件安裝的位置做一下講解。數控鏜銑床的主要功用就是用來完成工件的精加工工序。對于需要進行精加工的工件來說，工件在機床上的安裝位置正確與否對工件的加工質量產生的影響是巨大的。我們以一臺彈體安裝架的下體示意圖來進行解說，本臺機床的生產批量比較小，且工件的粗加工工序已經在普通機床上加工完畢。在工件精加工的時候，工作人員應當保證結合面具有一定的加工余量，這就對工作人員的技術水平有一定的要求，加工過程中工作人員應當嚴格的保證工件的下表面與機床坐標軸的平行度，并且，為了確定工件坐標系的工作原點，工作人員應當對直徑為1400mm的內孔進行精密的測量。并利用三維測頭對工件的下表面進行定距測量，待工作人員找出工件的定位誤差數值以后經過嚴密的調整可以保證工件的定位誤差在5微米上下范圍內波動。

2.2工件坐標系的建立

在對眾多的孔隙工件進行數控加工的時候，工作人員一般都會以一個孔的中心作為工作坐標系的原點。如下圖1所示：

圖1是內孔的中心圖像，內孔中心的確定方法是：第一，使用三維測頭在內孔上測量任意一個點，并將這一點的坐標記錄下來（X1，Y1），然后再沿著其中的一個坐標軸運動到同內孔表面相接觸。之后再沿著另外的與第一條坐標軸相垂直的坐標軸運動，一直運動到同內孔表面相接觸，這一點坐標軸可以記為（X2，Y2），工作人員通過對這兩個坐標點的算術平均值進行計算得出中心點的坐標值。通過這個例子我們可以得出使用三維測頭可以快速精確的確定工件內部的坐標系。坐標系的精確確定使得孔系結構的精細加工得到了一定的質量保證，降低了工作人員的失誤率，提高了他們的工作效率。在一定程度上節約了資源。

2.3 在線測量

工作人員可以使用三維測頭對零部件的關鍵部位的尺寸大小、形狀精度以及位置精度實施在線測量，這樣做可以大大提高員工的工作效率，保證部件的合格率。在對凸輪零件進行加工的時候，工作人員應當特別注意對兩個凸輪槽的形狀和槽寬的加工，因為這兩個部位是加工部件的重點，并且由于受到技術的限制這兩個部位必須一次性加工成型。在對部件加工的過程中，工作人員應當考慮到零部件本身的誤差和加工零件的刀具磨損等情況會對零部件加工的精度造成一定的影響。所以，為了保證工件的加工質量，在工件加工完成之后，工作人員可以使用三維測頭的檢測功能對零部件的主要部位進行再次檢測。通過在零部件加工中的多次檢測來控制所加工零部件的質量，提高產品的合格率。三位測頭可以完成的工作任務主要有：零件上的多點測量、計算，還可以完成長度測量、角度測量、位置度測量和形狀精度測量等。

2.4 其他應用

熟練工人可以將三維測頭應用到很多的領域，極大的發揮三位測頭的作用。除了上文筆者所介紹的三維測頭的使用外，工作人員還開發出了很多三維測頭的使用場合。在下圖圖2中：該部件曾經因為刀具的磨損而造成槽寬的偏大超出了技術標準規定的范圍而造成廢品的出現，并且還由于凸輪的磨損造成其它同該凸輪銜接的零部件的安裝困難，因而工作人員必須對磨損嚴重的凸輪進行替換。工作人員在買進三維測頭之后，應當對因為刀具磨損而廢棄的零件進行測量和矯正，對于可以通過再加工恢復原樣的進行最大限度的保留，變廢為寶。例如：在對某一型號的產品使用的過程中，工作人員發現其中一件具有四個滾輪的產品其滾輪轉動不同步，但是因為該產品四周空間的限制以及儀器的精密度不夠造成技術人員無法完成對該產品的檢修工作。三維測頭的出現才使得上文提到的窘境得到了解決。工作人員利用三維測頭和大型鏜銑床對產品進行檢測，結果工作人員僅僅用了半個小時就調試完畢，使此產品達到運轉靈活、輕快，受到用戶的強烈好評。除了上面所介紹的幾個應用之外，工作人員還可以對三維測頭編寫相應的程序，用來對平面角度和孔心距進行自動測量。最近幾年來，三維測頭技術不斷被相關企業認可，該技術越來越成為了企業解決數控機床問題的首選方法，在保持數控機床技術優勢的同時，不斷的提高和改進數控機床操作人員的相關技術勢在必行。

3 結語

筆者結合自己多年的數控機床操作和維修經驗，對三維測頭在數控加工中的應用進行了簡單的探討。當然，同三維測頭在數控加工中的應用相關的問題多如牛毛，筆者在此僅僅對幾點比較常見的問題作一簡單的探討，希望對同仁有所啟發和幫助。

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