數(shù)控機(jī)械加工中在機(jī)測量技術(shù)分析

馬桂蘭

（無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，無錫 214000）

隨著數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)與相關(guān)測量技術(shù)的不斷升級和優(yōu)化，在機(jī)測量技術(shù)逐漸應(yīng)用于數(shù)控加工作業(yè)領(lǐng)域。該技術(shù)能夠顯著提高相關(guān)機(jī)械加工參數(shù)的測量準(zhǔn)確率。在前期的數(shù)控加工作業(yè)中，由于專業(yè)人員的技能水平存在參差，實(shí)際測量過程中會出現(xiàn)信息化集成度不高以及測量結(jié)果可靠性較低等局限，極易導(dǎo)致加工出現(xiàn)偏差，給后續(xù)的設(shè)備調(diào)試、檢驗(yàn)和切削加工等環(huán)節(jié)造成較大阻礙。因此，需要深入研究其工作原理，并在實(shí)際運(yùn)用過程中不斷優(yōu)化，使最終測量結(jié)果能夠符合行業(yè)的最新標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而助力數(shù)控機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展[1]。

1 在機(jī)測量技術(shù)概述

1.1 在機(jī)測量技術(shù)的含義

在機(jī)測量是自動測量類技術(shù)中具有代表性的一種，該技術(shù)主要以機(jī)床中的硬件設(shè)備作為載體，有效使用適配且科學(xué)的參數(shù)測量工具及技術(shù)，并構(gòu)建出相關(guān)的測量系統(tǒng)，進(jìn)而精確測量加工參數(shù)。在后續(xù)的數(shù)控機(jī)械加工過程中，該技術(shù)能夠根據(jù)測量機(jī)床所得被測產(chǎn)品的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行有效評估，判斷測量結(jié)果的實(shí)際集合特征，為后期工藝的優(yōu)化與改進(jìn)提供參考依據(jù)。

1.2 在機(jī)測量技術(shù)的工作原理

應(yīng)用在機(jī)測量技術(shù)時(shí)，測頭會在數(shù)控機(jī)床作業(yè)時(shí)與實(shí)際加工的工件產(chǎn)品發(fā)生接觸。在測頭的內(nèi)部置有觸點(diǎn)，當(dāng)測頭完全離開工件后，便會在第一時(shí)間內(nèi)將相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)信號傳輸至接收器。接收器在收到信號后可借助其信號端口，將信號同步到數(shù)控機(jī)床，確保相應(yīng)的機(jī)床控制系統(tǒng)能夠嚴(yán)格遵循跳轉(zhuǎn)指令內(nèi)容，有效控制機(jī)床的運(yùn)行情況，使其及時(shí)停止或繼續(xù)工作。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床會精確記錄坐標(biāo)系及坐標(biāo)值等相關(guān)參數(shù)，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸至系統(tǒng)中進(jìn)行保存[2]。通過加設(shè)RS-232 串口，數(shù)控機(jī)床能夠及時(shí)有效地接受相應(yīng)的程序，在識別后根據(jù)程序運(yùn)行要求對工件產(chǎn)品進(jìn)行精確加工。數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，能夠在RS-232 窗口的輔助下完成相應(yīng)坐標(biāo)具體參數(shù)的同步，將其傳輸至測量軟件，依照軟件的分類來存儲測量點(diǎn)中相應(yīng)的參數(shù)信息，并與實(shí)際計(jì)算誤差的補(bǔ)償?shù)刃畔⑦M(jìn)行較為精準(zhǔn)的對比，最終生成符合用戶實(shí)際需求的評估報(bào)告，為后續(xù)數(shù)控加工作業(yè)的開展提供科學(xué)參考。在機(jī)測量技術(shù)的主要作用原理流程，如圖1 所示。

圖1 在機(jī)測量技術(shù)運(yùn)作原理

1.3 在機(jī)測量技術(shù)的內(nèi)容

機(jī)械的數(shù)控加工過程涉及工件的夾裝與對準(zhǔn)等問題，尤其在進(jìn)行切削加工時(shí)，刀具尺寸的測量通常需要投入大量時(shí)間，會直接影響加工效率。在此過程中，使用傳統(tǒng)的靜態(tài)測量方法雖然能夠有效完成測量目標(biāo)，但是所獲得的相關(guān)參數(shù)精確度并不理想，而且實(shí)際操作效率較低，缺少動態(tài)效果，出現(xiàn)主觀測量錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)性也較高。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，相應(yīng)檢測技術(shù)類型不斷豐富，在機(jī)測量技術(shù)是其中的典型代表。該技術(shù)刀具配備的探頭能夠較為迅速地完成機(jī)床中相關(guān)刀具的尺寸測量作業(yè)，所得參數(shù)結(jié)果也能夠及時(shí)反饋至機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中心，進(jìn)而有效分析加工中刀具發(fā)生的偏移量，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對相應(yīng)參數(shù)的自動化測量，盡可能減少人為操作導(dǎo)致的問題[3]。有效應(yīng)用在機(jī)測量技術(shù)可以精確且快速地測量不同類型的工件，明確其實(shí)際位置，使其面向固定坐標(biāo)系，進(jìn)而及時(shí)獲取可靠性較高的參數(shù)數(shù)據(jù)，有效強(qiáng)化數(shù)控機(jī)械加工的整體穩(wěn)定性。當(dāng)數(shù)控機(jī)床配備轉(zhuǎn)臺時(shí)，可以在探頭的指引下自動化調(diào)整轉(zhuǎn)臺，如調(diào)整工件面積等，直接簡化操作流程，并有效節(jié)約時(shí)間和成本，顯著提升整體的數(shù)控機(jī)械加工效率及穩(wěn)定性。

1.4 在機(jī)技術(shù)設(shè)備的構(gòu)成

1.4.1 硬件設(shè)備

在機(jī)測量技術(shù)中涉及的硬件設(shè)備主要包括接收器與探針兩個(gè)部分。其中，探針主要用于收集信號，而接收器主要用于傳輸與處理信號。在實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用過程中，數(shù)控機(jī)床需要保證相應(yīng)探針與加工部件有效接觸。當(dāng)探針斷開時(shí)，數(shù)控機(jī)床的探頭會及時(shí)發(fā)出對應(yīng)的指令，接收器也會接收到相應(yīng)的無線電信號等，以便探針能夠快速轉(zhuǎn)移到接口，測量系統(tǒng)隨即給出相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)信號。

1.4.2 探測頭

在數(shù)控機(jī)械的實(shí)際加工過程中，為了進(jìn)一步提升數(shù)控機(jī)床中參數(shù)測量結(jié)果的精確性，設(shè)備操作員需要依據(jù)實(shí)際的工件加工需求，有針對性地調(diào)整機(jī)床部件中的探頭類型及型號等。目前，數(shù)控機(jī)床設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛的探測頭類型主要有應(yīng)變計(jì)探頭和機(jī)械電阻探頭兩種。應(yīng)變計(jì)探頭保留了機(jī)電探頭的安裝方式，并適當(dāng)加大了與超小型電子元件及硅應(yīng)變計(jì)技術(shù)的結(jié)合，從而保證應(yīng)變計(jì)測量探針接觸力和相應(yīng)激勵(lì)信號的實(shí)際感應(yīng)效果。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)與觸發(fā)模式之間具有相對獨(dú)立性，能夠更為有效地感知相應(yīng)的觸發(fā)力。

1.4.3 接收器

接收器中應(yīng)用較為普遍的是光學(xué)接收器，主要安裝于數(shù)控機(jī)床的加工作業(yè)區(qū)，其功能的有效發(fā)揮是保證數(shù)控機(jī)械整體加工質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)類型的傳輸模式接收器需要同機(jī)床探頭相互配合，而光學(xué)接收器在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)與具備相同調(diào)制效果的機(jī)床探頭進(jìn)行組合。在抗干擾能力方面，光學(xué)接收器的性能要顯著優(yōu)于傳統(tǒng)類型的接收器[4]。

1.5 在機(jī)測量技術(shù)的特點(diǎn)

應(yīng)用在機(jī)測量技術(shù)測量工件時(shí)，需要有效控制工件尺寸，并在數(shù)控機(jī)械加工結(jié)束之前完成隨加工部件的尺寸檢查。相應(yīng)的夾具應(yīng)當(dāng)進(jìn)行夾緊工作，精確測量加工部件的重要部位，盡可能避免因夾具性能所造成的測量誤差，從而有效提升部件的加工精度。在加工完成后，測量頭能夠確定加工部件的實(shí)際尺寸參數(shù)，通過檢測判斷部件的規(guī)格是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，若不符合要求，系統(tǒng)會做出相應(yīng)的警報(bào)提示。在機(jī)測量技術(shù)能夠有效提升數(shù)控機(jī)械的加工精度，提高生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量的穩(wěn)定性，控制加工部件的品質(zhì)，還能夠自動測量切削加工所用刀具的實(shí)際長度和直徑，并監(jiān)控其運(yùn)行過程，提升機(jī)械加工的操作精度，避免刀具出現(xiàn)碰撞。在此過程中，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)刀具磨損的情況并進(jìn)行更換，進(jìn)而有效提升切削作業(yè)的效率與質(zhì)量。

2 在機(jī)測量技術(shù)應(yīng)用

2.1 簡單探測程序

在實(shí)際數(shù)控機(jī)械加工中應(yīng)用在機(jī)測量技術(shù)時(shí)，首先需要確定相應(yīng)的簡單探測程序，以便為后續(xù)工作的穩(wěn)定開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。工作過程中，應(yīng)當(dāng)確定機(jī)械加工部件的中心，并精確計(jì)算其在加工作業(yè)中發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角度等具體參數(shù)，有效利用在機(jī)測量技術(shù)完成各類工件的實(shí)際參數(shù)測量與計(jì)算工作。相關(guān)測量操作人員需要參照中點(diǎn)平執(zhí)法確定矩形部件的中心點(diǎn)位，并根據(jù)平面三點(diǎn)的位置求出圓心位置。在此過程中，應(yīng)對部分需要開展參數(shù)測量的加工部件進(jìn)行外形方面的處理，然后利用相應(yīng)的夾具對加工部件進(jìn)行固定。若實(shí)際參數(shù)測量結(jié)果出現(xiàn)偏差，則需要計(jì)算中心偏移量及轉(zhuǎn)角度數(shù)的具體數(shù)值[5]。

2.2 在輪廓補(bǔ)償程序中的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)輪廓補(bǔ)償程序時(shí)，工作人員需要在相關(guān)的數(shù)控技術(shù)中尋求系統(tǒng)支持，以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。雖然其他機(jī)床也可以進(jìn)行模擬，但是其編碼通常較為復(fù)雜。機(jī)械加工不同產(chǎn)品時(shí)所用的編碼也各不相同，工作人員需要投入大量的時(shí)間與精力進(jìn)行復(fù)雜的編程后才能完成測量工作。對于布置在曲線上的探點(diǎn)，工作人員需要保證探點(diǎn)位置的一致性，在進(jìn)行探點(diǎn)選擇與確定前需要準(zhǔn)確定位。若缺少相應(yīng)的探點(diǎn)與數(shù)字，則在進(jìn)行線條補(bǔ)償時(shí)系統(tǒng)會根據(jù)程序設(shè)定做出警示。在后續(xù)的工件加工過程中，若加工部件的實(shí)際輪廓參考曲線出現(xiàn)問題，探點(diǎn)表現(xiàn)為離散狀態(tài)，而且加工的路徑連續(xù)，此時(shí)便可將輪廓曲線作為重要參考對象，將其確定為探測點(diǎn)可以接觸區(qū)域曲線的優(yōu)選目標(biāo)。

2.3 激光測量技術(shù)

隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，其使用頻率愈來愈高，使用范圍也逐步擴(kuò)大。激光測量技術(shù)作為一種大范圍、高效率且高精度的無接觸類型測量技術(shù)，將其有效應(yīng)用于數(shù)控機(jī)械的加工中能夠?qū)η懈睢⒑附雍痛蚩椎榷嗟拦ば蜻M(jìn)行測量，其在精度、量程及線性等方面的測量優(yōu)勢較常規(guī)性檢測手段更為明顯，能夠顯著降低檢測結(jié)果的誤差率，提升檢測結(jié)果的精確度。此外，工作人員在進(jìn)行機(jī)械加工零部件的測量時(shí)，借助激光掃描儀、檢驗(yàn)儀以及測距儀等測量儀表，能夠在有效控制精度的前提下盡可能降低遇到風(fēng)險(xiǎn)的概率，規(guī)避因與被檢對象直接接觸而受到傷害，保障工作人員及被檢對象的安全[6]。

2.4 在多軸加工作業(yè)中的應(yīng)用

多軸切削加工作業(yè)是數(shù)控機(jī)械加工中的重點(diǎn)內(nèi)容，通過多軸數(shù)控機(jī)床加工制造出的部件產(chǎn)品性能更強(qiáng)、精度更高、品質(zhì)也更能滿足人們的需求。主要原因在于數(shù)控機(jī)床在實(shí)際運(yùn)行前會計(jì)算相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以確保程序運(yùn)行的正確性與穩(wěn)定性。而且該設(shè)備的實(shí)際加工效率高，所需周期較短，因此更能夠節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，便于管理，同時(shí)能夠有效減少夾具與模具的實(shí)際使用數(shù)目，擴(kuò)大生產(chǎn)工作區(qū)域，降低基準(zhǔn)的實(shí)際轉(zhuǎn)換率，不斷提升加工精度。

2.5 在精密測量作業(yè)中的應(yīng)用

在當(dāng)前的精密測量作業(yè)中，在機(jī)測量技術(shù)的應(yīng)用已逐漸成熟。傳統(tǒng)的測量技術(shù)所需時(shí)間較長，且出現(xiàn)誤差的風(fēng)險(xiǎn)較大，因此在測量檢測項(xiàng)目的實(shí)際開展過程中，在機(jī)測量技術(shù)的重要性愈發(fā)明顯。通過有效應(yīng)用科學(xué)可靠的檢測工藝，在完成相應(yīng)產(chǎn)品部件的精加工后，工作人員可以利用在機(jī)檢測技術(shù)準(zhǔn)確評估產(chǎn)品的質(zhì)量，確保其符合規(guī)范要求，這需要測量人員具備開展精密測量作業(yè)的業(yè)務(wù)能力，從而有效發(fā)揮在機(jī)測量技術(shù)的優(yōu)勢。在數(shù)控機(jī)床的具體構(gòu)造中，精密的測量系統(tǒng)通常由接收器、輸出電纜和接觸頭3 大功能裝備組成。接收器的主要任務(wù)是接收和識別相應(yīng)的信號，輸出電纜的主要功能是將接收器收集處理后的信號傳輸至機(jī)床的操控系統(tǒng)，而接觸探頭的實(shí)際功能是有效收集機(jī)床中加工工件的實(shí)際參數(shù)。以加工產(chǎn)品部件的尺寸測量作業(yè)為例，經(jīng)充分證實(shí)的有效測量方案是先確定部件長邊與短邊的測試點(diǎn)，然后依次測量確定該部件的長度與寬度參數(shù)，再根據(jù)測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算整合，并將數(shù)據(jù)參數(shù)擬合為直線，最后通過測量直線空間距離的方式獲得最終的測量結(jié)果，根據(jù)此結(jié)果明確產(chǎn)品的實(shí)際尺寸。

3 結(jié)語

數(shù)控機(jī)械加工中應(yīng)用在機(jī)測量技術(shù)，不僅能夠有效提高工作效率，而且能夠不斷改進(jìn)與優(yōu)化加工后的部件質(zhì)量，保證加工精度符合要求。工作人員在進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循相關(guān)的技術(shù)規(guī)范與規(guī)章制度要求，充分發(fā)揮在機(jī)測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，使數(shù)控機(jī)械加工更加高效、產(chǎn)品更加優(yōu)質(zhì)。同時(shí)，有效使用在機(jī)測量技術(shù)能夠使數(shù)控機(jī)械加工形成較為完善的動態(tài)監(jiān)管體系，打造出更加靈活便捷的測量方案，進(jìn)而保證數(shù)控機(jī)械加工行業(yè)能夠獲得更高的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益，助推行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。