金屬機(jī)械加工機(jī)床的多用劃線盤測(cè)量技術(shù)研究

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

金屬機(jī)械加工機(jī)床多采用機(jī)械加工的方法，機(jī)械加工是指用機(jī)械能使被加工金屬的體積、外形發(fā)生等變化。對(duì)于機(jī)床調(diào)整水平面的偏移因素都會(huì)影響到金屬機(jī)械加工機(jī)床的加工結(jié)果。針對(duì)此問(wèn)題的出現(xiàn)，本文研究了多用劃分盤測(cè)量技術(shù)對(duì)于加工的零件進(jìn)行了精確的測(cè)量，并在金屬機(jī)械加工機(jī)床上大規(guī)模使用[1]。目前我國(guó)機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定水平，機(jī)械制造業(yè)的需求也在不斷的提高。而機(jī)床是機(jī)械制造的必要設(shè)備，已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，在機(jī)床制造中，加工精度對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量有著極為重要的影響。本文主要對(duì)精度檢測(cè)環(huán)節(jié)重點(diǎn)討論，利用光電測(cè)量技術(shù)提高測(cè)量校對(duì)精度，提高車床制造加工的精度。傳統(tǒng)的工藝常用補(bǔ)償?shù)稐U的成型刀進(jìn)行零件的加工，這樣存在著一定的尺寸精度誤差，經(jīng)常需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)整偏移。本文根據(jù)對(duì)金屬機(jī)械加工機(jī)床過(guò)程的研究，設(shè)計(jì)出劃線盤測(cè)量系統(tǒng)。劃線盤的結(jié)構(gòu)組成主要由底座、立柱、劃針和夾緊螺母等組成。保存了原有的加工方式和補(bǔ)償?shù)稐U的結(jié)構(gòu)，將原有的方法改為最簡(jiǎn)單的由氣變成電。

1 金屬機(jī)械加工機(jī)床的整體構(gòu)造及工作方式

金屬機(jī)械加工機(jī)床由空氣壓縮機(jī)、穩(wěn)壓計(jì)讀數(shù)指令裝置、測(cè)量裝置、帶自動(dòng)補(bǔ)充調(diào)整的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制部件組成。讀數(shù)指令裝置主要由三個(gè)區(qū)域構(gòu)成，儀器通過(guò)發(fā)出四個(gè)信號(hào)來(lái)控制金屬機(jī)械加工機(jī)床的整體運(yùn)行，稱為機(jī)床的外循環(huán)系統(tǒng)。測(cè)量過(guò)程中需要從外部向被測(cè)對(duì)象施加能量，測(cè)量阻抗元件的阻抗值時(shí)，必須向阻抗元件施加以電壓，供給一定的電能，當(dāng)加工零件的尺寸遠(yuǎn)超過(guò)。測(cè)量的上限和下限時(shí)，兩個(gè)信號(hào)將為機(jī)床發(fā)出停車信號(hào)。測(cè)量裝置安裝在支架上另一端與測(cè)量零件的表面相接觸，形成雙接觸杠桿式卡規(guī)，再與穩(wěn)壓器相連，通過(guò)穩(wěn)壓器壓縮氣體而產(chǎn)生的動(dòng)力帶動(dòng)整個(gè)裝置的運(yùn)行。通過(guò)自動(dòng)調(diào)整裝置，對(duì)于零件的尺寸超出規(guī)定界限的部分用傳統(tǒng)的補(bǔ)償?shù)稐U裝置進(jìn)行切割。通過(guò)控制部件來(lái)控制零件尺寸切割的大小[2]。金屬機(jī)械加工機(jī)床如下圖1所示：

圖1 金屬機(jī)械加工機(jī)床

為避免機(jī)床的自動(dòng)運(yùn)作，需在機(jī)床上安裝指令開(kāi)關(guān)，在指令開(kāi)關(guān)上安裝轉(zhuǎn)換1～8檔開(kāi)關(guān)。通過(guò)不同檔級(jí)的變化來(lái)控制機(jī)床切割加工零件的程度。根據(jù)零件尺寸的測(cè)量精度來(lái)及時(shí)更換補(bǔ)償?shù)稐U。為了金屬機(jī)械加工機(jī)床調(diào)整的需要，本文考慮了不同檔位的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)對(duì)整體機(jī)床調(diào)整規(guī)范的需求，此時(shí)補(bǔ)充調(diào)整的脈沖通過(guò)電按鈕發(fā)出。

2 光電測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷。數(shù)控車床是一項(xiàng)高精度的自動(dòng)化機(jī)床設(shè)備，將傳統(tǒng)的人工制造完全由機(jī)器代替運(yùn)行，這設(shè)計(jì)的技術(shù)十分廣泛，而這里主要討論測(cè)量技術(shù)。傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)一直是建立在原本的肉眼辨別基礎(chǔ)上，無(wú)論是利用技術(shù)擴(kuò)大肉眼辨別的精度，還是講測(cè)量的尺寸利用技術(shù)投影放大，均是如此。例如顯微裝置與輪廓投影儀，這一類測(cè)量方式存在局限性，測(cè)量的誤差難以消除，加工要求的提高使得這一類測(cè)量方式難以滿足更高的需求，提高成本極高。

（2）光電測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。光電測(cè)量技術(shù)主要利用光學(xué)幾何性質(zhì)，將機(jī)床測(cè)量坐標(biāo)以光學(xué)標(biāo)記，一般標(biāo)記為十字架，將光電信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理計(jì)算，極大地提高了測(cè)量精度。光學(xué)信號(hào)的敏感程度遠(yuǎn)高于肉眼，而計(jì)算機(jī)進(jìn)行精度校對(duì)處理，也極大的提高了精度校對(duì)的處理速度。隨著機(jī)械制造自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)制造業(yè)的加工效率要求也不斷提高，而光電測(cè)量技術(shù)，利用光學(xué)傳感器與計(jì)算機(jī)儲(chǔ)備提高車床加工精度，同時(shí)也可以更進(jìn)一步提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率。

3 增加光電傳感器的多用劃線盤測(cè)量技術(shù)

金屬零件的直徑精確度是各個(gè)金屬機(jī)械加工機(jī)床制造廠所關(guān)注的問(wèn)題精確度高的測(cè)量?jī)x器解決了以上的問(wèn)題，大幅度提高工作效率和安全系數(shù)，提高了廠商的工作效益。機(jī)床系統(tǒng)整體如圖所示，立柱是整個(gè)測(cè)量?jī)x器的主軸，劃針與機(jī)床一起運(yùn)動(dòng)，形成運(yùn)動(dòng)的空間體系。主軸與機(jī)床導(dǎo)軌空間平行。在測(cè)量精度上，＜500mm的零件，測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.01mm，零件的直徑記為r。對(duì)于直徑相對(duì)來(lái)說(shuō)較大的部件，以直徑較小的部件為基礎(chǔ)，利用劃線盤來(lái)測(cè)量其直徑。

零件吊裝到機(jī)床后，利用補(bǔ)償?shù)稐U對(duì)零件進(jìn)行切割，使激光對(duì)準(zhǔn)主軸，采用旋轉(zhuǎn)方式利用劃針進(jìn)行測(cè)量距離，求劃出圓的半徑√R2=L2-H2公式中，L—?jiǎng)澗€釋放的長(zhǎng)度；H—主心軸的高度(激光到主心軸的距離)；R—被測(cè)量的零件半徑(激光到加工零件的半徑)。

該方法利用了機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)的特性，小直徑的對(duì)比可以快速比對(duì)出各個(gè)零件的直徑，使測(cè)量的結(jié)果更加精確，測(cè)量的速度也得到了進(jìn)一步的提升，零件旋轉(zhuǎn)帶有周期性，利用激光測(cè)量距離使機(jī)械在線加工測(cè)量技術(shù)更加精確。

激光可以直接安裝在補(bǔ)償?shù)稐U上，拼裝的過(guò)程不到8s,或者安裝在主心軸上，測(cè)量的時(shí)間不超過(guò)20s,最優(yōu)的測(cè)量結(jié)果達(dá)到0.02mm。

4 多用劃線盤測(cè)量技術(shù)的測(cè)量誤差和來(lái)源分析

多用劃線盤測(cè)量技術(shù)是機(jī)械加工廠常用的測(cè)量零件直徑大小所用的測(cè)量方法。它具有測(cè)量速度快、能及時(shí)調(diào)整機(jī)械運(yùn)作、測(cè)量經(jīng)緯鬼角精確的特點(diǎn)。在工廠生產(chǎn)時(shí)對(duì)多用劃線盤測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了研究。

圖3 多用劃線盤測(cè)量技術(shù)實(shí)踐測(cè)量情況

在實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)利用新軸來(lái)確定該金屬所帶的中心位置，通過(guò)夾緊螺母來(lái)測(cè)量金屬直徑的大小，通過(guò)劃線劃出的印記來(lái)確定金屬的偏移量。通過(guò)劃線大于偏移量2mm來(lái)帶動(dòng)調(diào)整裝置，使調(diào)整終止發(fā)出停車指令。從整體的做工來(lái)看，調(diào)整的脈沖是25mm，均方誤差為3mm。

（1）主軸與導(dǎo)軌不平行和角度的影響。機(jī)床導(dǎo)軌和加工零件的主軸之間形成了一個(gè)空間坐標(biāo)，主軸與導(dǎo)軌之間可能存在不平行，形成角度的大小對(duì)加工零件的影響是不相同的。若主軸不與導(dǎo)軌垂直，加工的零件易出現(xiàn)錐形;若機(jī)床的表面兒不處于平行狀態(tài)，則加工的零件已成為雙曲線回轉(zhuǎn)體。這兩者影響到加工零件的精確度，需要通過(guò)補(bǔ)償?shù)稐U進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)的數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)多用劃線盤測(cè)量技術(shù)進(jìn)行精確的測(cè)量。

（2）主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響。主軸是隨著機(jī)床來(lái)回運(yùn)動(dòng)的，具有一定的上下竄動(dòng)頻率與角度擺動(dòng)，對(duì)于測(cè)量產(chǎn)生了一定的誤差。主軸運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是增加了L和H的值，同時(shí)增加了R的值，對(duì)直徑的測(cè)量產(chǎn)生了影響，必須設(shè)法將誤差減小，通過(guò)數(shù)據(jù)處理的方式來(lái)減小跳動(dòng)帶來(lái)的影響，可以建立理想型模型，通過(guò)理想型測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)所測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)。角度的擺動(dòng)是主軸與機(jī)床水平面形成一定的傾斜角，理想的數(shù)據(jù)是在同一水平面擺動(dòng)，影響到了加工零件的圓周度，對(duì)直徑的測(cè)量產(chǎn)生了一定的影響。

（3）激光過(guò)圓心的誤差。理想型的光束應(yīng)通過(guò)圓的圓心，但實(shí)際上激光束與圓心存在一定的偏差，與圓心有一定的距離。誤差會(huì)隨著被測(cè)圓直徑的增大而增大，通過(guò)的激光束會(huì)由圓形的偏差大小來(lái)決定，在已知的圓心差范圍內(nèi)?？筛鶕?jù)直徑九小的零件來(lái)確定直徑較大的零件，作為測(cè)量數(shù)據(jù)誤差部分的補(bǔ)償。

5 結(jié)束語(yǔ)

在采用多用劃線盤測(cè)量技術(shù)測(cè)量零件直徑大小中，掌握快速的多用劃線盤測(cè)量技術(shù)核心，了解劃線盤的構(gòu)造，機(jī)器需正確使用。通過(guò)增加激光設(shè)備增加零件直徑測(cè)量的精確度，使誤差減小。本文針對(duì)誤差問(wèn)題做了一定的分析，誤差對(duì)測(cè)量的影響之大，與主軸回轉(zhuǎn)和與導(dǎo)軌形成的傾斜角有關(guān)，應(yīng)減小誤差采用理想模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對(duì)于多余的零件部分，采用補(bǔ)償?shù)稐U進(jìn)行精確的切割測(cè)量。