數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量簡述

李海花（濟(jì)寧技師學(xué)院，山東濟(jì)寧 272000）

數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量簡述

李海花
（濟(jì)寧技師學(xué)院，山東濟(jì)寧 272000）

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量方式已不能滿足社會(huì)生產(chǎn)的需要，在線測(cè)量成為時(shí)代所需，它不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，降低消耗，而且可監(jiān)測(cè)和診斷生產(chǎn)設(shè)備故障，使生產(chǎn)處于最佳狀態(tài)。本文主要講述了數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)的組成，五大主要研究內(nèi)容及其研究中的關(guān)鍵技術(shù)，并強(qiáng)調(diào)了數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)研究技術(shù)的發(fā)展對(duì)科技進(jìn)步存在舉足輕重的作用。

數(shù)控機(jī)床 在線測(cè)量 監(jiān)測(cè)

1 前言

隨著時(shí)代的進(jìn)步，傳統(tǒng)靜態(tài)測(cè)量方式越來越不能滿足科技、生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的需要，例如，對(duì)于生產(chǎn)，離線的靜態(tài)檢測(cè)只能對(duì)原材料，零部件和成品進(jìn)行檢驗(yàn)，而對(duì)生產(chǎn)過程無能為力，而在線測(cè)量不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，降低消耗，而且可監(jiān)測(cè)和診斷生產(chǎn)設(shè)備故障，使生產(chǎn)處于最佳狀態(tài)。在線測(cè)量技術(shù)主要運(yùn)用三維造型技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)、激光干涉測(cè)量技術(shù)、誤差補(bǔ)償控制技術(shù)等，通過對(duì)機(jī)械制造過程中數(shù)控加工零件工藝過程中的尺寸和形位誤差進(jìn)行在線測(cè)量，縮短了數(shù)控加工工件的定位時(shí)間，提高一次裝夾加工的效率和合格率，降低生產(chǎn)成本，為數(shù)字化裝配提供有力保證，完善了機(jī)器零部件質(zhì)量過程保證體系。

2 數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)的組成

數(shù)控加工在線檢測(cè)系統(tǒng)主要包括數(shù)控機(jī)床自身、測(cè)頭系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)以及測(cè)量軟件等，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，測(cè)頭系統(tǒng)由觸發(fā)式測(cè)頭、測(cè)頭信號(hào)接收器，以及接口電路等組成，并與數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)配套使用實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)的觸發(fā)功能。測(cè)量軟件由基本宏程序庫和高級(jí)軟件兩部分組成。基本宏程序庫直接安裝在數(shù)控系統(tǒng)上，與測(cè)頭系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)自身組成一個(gè)閉環(huán)反饋控制，可以實(shí)現(xiàn)便攜式采點(diǎn)、直徑、距離等基本參數(shù)的測(cè)量。高級(jí)軟件則安裝在計(jì)算機(jī)上，它基于待測(cè)件的三維實(shí)體模型，根據(jù)被測(cè)件關(guān)鍵特征的測(cè)試需求，自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量路徑規(guī)劃和仿真，并根據(jù)所采用的數(shù)控系統(tǒng)的型號(hào)，自動(dòng)生成測(cè)量后置處理程序，該程序通過數(shù)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的接口通訊下載到數(shù)控系統(tǒng)中，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的在線檢測(cè)。

3 數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)主要研究內(nèi)容

3.1 測(cè)頭與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)接口技術(shù)研究

測(cè)頭接收系統(tǒng)包括紅外與無線電發(fā)射兩種，研究測(cè)頭達(dá)到觸發(fā)狀態(tài)后，如何通知數(shù)控系統(tǒng)鎖存當(dāng)前機(jī)床的坐標(biāo)值，進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，保證測(cè)量通信接口的匹配。

3.2 數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)宏程序的開發(fā)

圖1 數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)示意圖

在位測(cè)量技術(shù)要進(jìn)行推廣，必須適用于多種系統(tǒng)、多個(gè)機(jī)型，因此需要編制開發(fā)通用性強(qiáng)、功能強(qiáng)大的基礎(chǔ)宏程序。常見的有c，c++，vc++，vb，DeIphi等， Visual C++是當(dāng)前開發(fā)Windows應(yīng)用程序最強(qiáng)大，最全面的開發(fā)包，它不僅提供了強(qiáng)大的MFC以及關(guān)于windows技術(shù)的最完整的文檔，還提供了一些功能強(qiáng)大的編程向?qū)В脕韼椭幊倘藛T迅速構(gòu)建自己的應(yīng)用程序框架。VC++有著其它編程方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)，所以在數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)上成為上上之選。

3.3 數(shù)控加工在線測(cè)量系統(tǒng)專用軟件的開發(fā)

在線檢測(cè)技術(shù)最終的使用人員是生產(chǎn)一線的加工工人，測(cè)量系統(tǒng)軟件只有做到簡單易學(xué)、方便使用，才能真正體現(xiàn)在位計(jì)量檢測(cè)的價(jià)值，更好地服務(wù)生產(chǎn)。

在線測(cè)量軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，其軟件功能模塊分為系統(tǒng)設(shè)定模塊，測(cè)量模塊，仿真模塊和輸入輸出模塊。

系統(tǒng)的測(cè)量流程如下：⑴系統(tǒng)設(shè)定；⑵導(dǎo)入模型；⑶選擇測(cè)量特征；⑷路徑規(guī)劃；⑸生成測(cè)量程序；⑹工件仿真；⑺程序輸出；⑻測(cè)量結(jié)果輸入；⑼測(cè)量結(jié)果分析對(duì)比；⑽輸出報(bào)告。

3.4 數(shù)控機(jī)床校準(zhǔn)技術(shù)的研究

機(jī)床的精度是在線檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，如何通過激光干涉儀或其他檢測(cè)設(shè)備保證機(jī)床精度，對(duì)機(jī)床精度實(shí)現(xiàn)不間斷檢測(cè)是需要研究的一個(gè)方向。目前，用來評(píng)定機(jī)床性能的主要依據(jù)之一是機(jī)床軸線的定位精度和重復(fù)定位精度的大小。在生產(chǎn)實(shí)踐中，考慮到檢測(cè)設(shè)備對(duì)測(cè)量精度、穩(wěn)定性以及通用性等要求，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家都采用激光干涉儀測(cè)量法來評(píng)定數(shù)控機(jī)床的軸線定位精度大小。通常情況下，按要求設(shè)定程序后可得檢測(cè)后的圖形分析窗口和數(shù)據(jù)分析窗口，根據(jù)提供的數(shù)據(jù)值可進(jìn)行螺距補(bǔ)償。

3.5 數(shù)控加工在線測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償技術(shù)研究

在線測(cè)量時(shí)，機(jī)床存在有負(fù)載與無負(fù)載兩種情況，如何權(quán)衡與切換這兩種狀態(tài)，保證測(cè)量精度不低于加工精度，這是誤差補(bǔ)償研究的一個(gè)重要目標(biāo)。

激光干涉儀在檢測(cè)機(jī)床的測(cè)量過程中會(huì)受到環(huán)境、安裝條件、機(jī)床溫度和線膨脹系數(shù)不準(zhǔn)確等諸多因素的影響，從而降低了測(cè)量精度。激光干涉儀在機(jī)床定位精度測(cè)量中的誤差包括激光干涉儀的極限誤差、安裝誤差、和溫度誤差。通過相關(guān)誤差分析以及計(jì)算結(jié)果可以看出，激光干涉儀在測(cè)量機(jī)床軸線定位誤差時(shí)，定位精度在環(huán)境補(bǔ)償系統(tǒng)的條件下要比沒有環(huán)境補(bǔ)償?shù)臈l件下高很多。所以在進(jìn)行機(jī)床精度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)確保環(huán)境符合檢測(cè)要求，并在進(jìn)行溫度補(bǔ)償情況下進(jìn)行檢測(cè)。

4 數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)控加工在線測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償技術(shù)研究

數(shù)控加工在線測(cè)量系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償技術(shù)包括機(jī)床的誤差補(bǔ)償、加工過程中溫度的誤差補(bǔ)償及測(cè)頭的誤差補(bǔ)償。

4.2 數(shù)控加工在線測(cè)量系統(tǒng)專用軟件的開發(fā)

數(shù)控加工在線測(cè)量系統(tǒng)專用軟件包括測(cè)量軟件與CAD的接口軟件、仿真軟件、測(cè)量軟件與機(jī)床代碼的轉(zhuǎn)換接口軟件等。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的質(zhì)量保證運(yùn)用統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制方法，通過離線測(cè)量即在零件加工完成后用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或其它測(cè)量儀器進(jìn)行檢測(cè)，零件一旦未通過檢測(cè)即需返回到數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行修補(bǔ)、再檢測(cè)，重復(fù)裝夾往往導(dǎo)致工件變形，基準(zhǔn)不一致，甚至造成零件報(bào)廢，造成人力物力的大量損失。因此，集數(shù)控機(jī)床加工、測(cè)量一體化的在線測(cè)量技術(shù)將得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)研究技術(shù)的發(fā)展對(duì)科技進(jìn)步存在舉足輕重的作用。