2017年數(shù)控加工技術(shù)論文(2)
2017年數(shù)控加工技術(shù)論文
2017年數(shù)控加工技術(shù)論文篇二
數(shù)控加工在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的探究
摘 要：科學(xué)技術(shù)帶動(dòng)制造業(yè)蓬勃發(fā)展起來(lái)。在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)，還要以高質(zhì)量產(chǎn)品贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還要降低投入成本。數(shù)控機(jī)床作為制造業(yè)的加工母機(jī)，屬于是高精度的自動(dòng)化控制設(shè)備，在加工零件過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)功能，不但省時(shí)省力，而且還提高了加工效率，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本論文針對(duì)數(shù)控加工在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究。
關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù) 加工精度
中圖分類(lèi)號(hào)：TH165 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2014)05(a)-0035-02
在加工制造業(yè)中，對(duì)于零件的加工，無(wú)論是加工的過(guò)程，還是加工完成后的質(zhì)量和性能，都需要經(jīng)歷大量的檢測(cè)工作。目前對(duì)于加工零件的檢測(cè)，諸如夾具和零件的裝卡、找正，測(cè)定零件編程原點(diǎn)、檢測(cè)首件零件以及零件加工工序間以及加工完畢后的檢測(cè)等等，還是以手工檢測(cè)為主，檢測(cè)效率非常低。特別是對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件的檢測(cè)，由于是在加工的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的，如果使用離線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，就很難避免誤差的產(chǎn)生，導(dǎo)致零件加工完成后，由于超差而報(bào)廢。引進(jìn)數(shù)控加工的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，不但可以對(duì)于加工零件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了手工檢測(cè)以及離線(xiàn)檢測(cè)所存在的不足，而且還提高了加工精度，符合先進(jìn)制造技術(shù)未來(lái)發(fā)展的要求。
1 數(shù)控機(jī)床在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成
數(shù)控機(jī)床的在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)是否選擇使用計(jì)算機(jī)輔助，可以分為兩種，即免去計(jì)算機(jī)輔助，直接將基本宏程序調(diào)用;開(kāi)啟計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)，檢測(cè)程序生成后，自行開(kāi)發(fā)宏程序庫(kù)，將各種數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)當(dāng)中。計(jì)算機(jī)輔助在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖1，其運(yùn)行程序見(jiàn)圖2。
通過(guò)對(duì)于圖1的解讀，可以明確，數(shù)控機(jī)床的在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩個(gè)部分所構(gòu)成，其中的硬件部分包括機(jī)床本體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng);軟件部分是指計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。
1.1 機(jī)床本體
機(jī)床本體的工作部件是所必需的基本部件的實(shí)現(xiàn)，作為加工和監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，其受到傳動(dòng)部件精度的影響。
1.2 數(shù)控裝置
數(shù)控機(jī)床通常會(huì)選擇使用CNC數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，主要構(gòu)成包括中央處理器、各類(lèi)存儲(chǔ)器和輸入輸出接口，其中的中央處理器包括存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器和總線(xiàn)四個(gè)組成部分。作為數(shù)控機(jī)床的核心部位，該數(shù)控裝置中的各項(xiàng)控制功能都是通過(guò)數(shù)控加工程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，各種控制功能，包括輸入存儲(chǔ)功能、數(shù)控加工功能以及插補(bǔ)運(yùn)算功能等等，都是源自于內(nèi)部存儲(chǔ)器中提取程序，或者由輸入裝置所傳輸過(guò)來(lái)的程序。傳輸途徑是通過(guò)設(shè)備接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一旦控制對(duì)象發(fā)生改變，或者需要調(diào)整功能，就要對(duì)于設(shè)備接口進(jìn)行調(diào)整以符合應(yīng)用要求。
1.3 伺服系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要組成部分，就是數(shù)控機(jī)床在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)中的伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要控制包括進(jìn)給位置和主軸轉(zhuǎn)速的伺服控制，具體而言，就是對(duì)于機(jī)床移動(dòng)部件的位置以及移動(dòng)速度的控制。伺服系統(tǒng)的工作質(zhì)量對(duì)于機(jī)床的表面質(zhì)量、加工和測(cè)量精度以及生產(chǎn)效率都具有重要的影響力。
1.4 測(cè)量系統(tǒng)
測(cè)量系統(tǒng)是在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響在數(shù)控加工在線(xiàn)檢測(cè)精度，在構(gòu)成上主要包括信號(hào)傳輸系統(tǒng)、接觸觸發(fā)式測(cè)頭以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中的測(cè)頭是測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其主要作用是在零件加工的過(guò)程中用于測(cè)量尺寸，并據(jù)此對(duì)于加工程序進(jìn)行自動(dòng)更正，不斷地完善零部件加工精度。從這個(gè)意義上講，數(shù)控機(jī)床不僅是加工設(shè)備，而且還具備了測(cè)量機(jī)的一些功能。
以英國(guó)雷尼紹公司所生產(chǎn)的雷尼紹測(cè)頭為例，其被多數(shù)數(shù)控機(jī)床所使用。雷尼紹測(cè)頭根據(jù)各自性能的不同，包括有多種類(lèi)型，按照使用功能不同，可以劃分為刀具測(cè)頭和工件檢測(cè)測(cè)頭;按照不同的信號(hào)傳輸方式，可以將側(cè)頭劃分為感應(yīng)式側(cè)頭、光學(xué)式側(cè)頭、硬線(xiàn)連接式側(cè)頭以及無(wú)線(xiàn)電式測(cè)頭;按照不同的接觸測(cè)量形式，可以將側(cè)頭劃分為接觸式測(cè)量測(cè)頭和非接觸測(cè)量測(cè)頭。在選擇測(cè)頭的過(guò)程中，要根據(jù)機(jī)床的型號(hào)以及使用功能選擇合適的測(cè)頭。
1.5 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助，開(kāi)發(fā)數(shù)控加工的軟件運(yùn)行程序，以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的數(shù)控加工在線(xiàn)檢測(cè)功能包括數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)性處理，對(duì)于數(shù)控程序的生成進(jìn)行檢測(cè)，包括檢測(cè)過(guò)程中的仿真和通信等等。目前數(shù)控機(jī)床的在線(xiàn)檢測(cè)兼容了各種具有數(shù)據(jù)分析和計(jì)算功能的軟件，諸如CAM、CAD、CAE、CAPP以及VC++等軟件的使用，為測(cè)量工作簡(jiǎn)化了程序，節(jié)省了世間。
2 數(shù)控加工在線(xiàn)檢測(cè)的工作原理
在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床在線(xiàn)檢測(cè)的時(shí)候，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上首先要建立自動(dòng)生成檢測(cè)主程序的編程系統(tǒng)。當(dāng)啟動(dòng)檢測(cè)主程序，計(jì)算機(jī)信息就可以通過(guò)接口傳遞給數(shù)控機(jī)床，測(cè)頭就按照編程系統(tǒng)的指令按照規(guī)定的路徑運(yùn)動(dòng)。這些程序都是通過(guò)G31實(shí)現(xiàn)跳步指令的有效性的。G31屬于是非模態(tài)G指令，其對(duì)于指令程序的有效性?xún)H僅局限于指令的程序段中，因此，通常會(huì)用于數(shù)控機(jī)床的測(cè)頭測(cè)量程序當(dāng)中。指令格式為：G31(G90/G91)IP―F―(其中的“IP”是X軸、Y軸、Z軸中的一個(gè)軸)。G31處于執(zhí)行指令段的時(shí)候，如果輸入有SKIP信號(hào)，那么所執(zhí)行的指令就可以轉(zhuǎn)到下一個(gè)程序段，而不必繼續(xù)執(zhí)行尚沒(méi)有完成的指令。測(cè)頭執(zhí)行測(cè)量程序的時(shí)候，如果測(cè)球已經(jīng)接觸到了部件，就會(huì)有觸發(fā)信號(hào)發(fā)出，并通過(guò)測(cè)頭與數(shù)控系統(tǒng)之間所建立的準(zhǔn)用接口傳遞到轉(zhuǎn)換器，然后轉(zhuǎn)而再傳送到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)當(dāng)中，記錄下該點(diǎn)的坐標(biāo)。一旦接收到信號(hào)，機(jī)床就不再運(yùn)動(dòng)，通過(guò)通信接口，測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)傳到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中才儲(chǔ)存，完成一側(cè)測(cè)量動(dòng)作，可以進(jìn)行到下一個(gè)測(cè)量動(dòng)作。針對(duì)于系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果，該項(xiàng)測(cè)量值可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算補(bǔ)償，并實(shí)現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)處理。
數(shù)控加工在線(xiàn)檢測(cè)在測(cè)量零件的幾何形狀時(shí)，所需要執(zhí)行的檢測(cè)路徑為：先將零件的待測(cè)形狀確定下來(lái)，將該零件的形狀特征作為幾何要素，結(jié)合零件的待測(cè)精度特征，將檢測(cè)點(diǎn)數(shù)以及分布情況確定下來(lái)，并建立數(shù)學(xué)計(jì)算公式。將工件的坐標(biāo)系確定下來(lái)之后，可以根據(jù)檢測(cè)零件的條件確定檢測(cè)路徑。 3 數(shù)控加工在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
在零件加工中，采用在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，可以將工件的位置快速地確定下來(lái)，并設(shè)定好坐標(biāo)系。在檢測(cè)工件尺寸的同時(shí)，還會(huì)根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)于刀偏量自動(dòng)地修正。此外，在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)及技術(shù)可以設(shè)定夾具和旋轉(zhuǎn)軸，而且在進(jìn)行柔性加工中確認(rèn)工件以及夾具。
3.1 應(yīng)用測(cè)量軟件自動(dòng)修正工件坐標(biāo)系
使用測(cè)量軟件可以在線(xiàn)測(cè)量工件的坐標(biāo)系，避免了傳統(tǒng)人工輸入所造成的錯(cuò)誤，而且還會(huì)降低零部件的損壞程度，延長(zhǎng)機(jī)床的使用壽命。
依賴(lài)于手工操作，將測(cè)頭安裝在主軸以及刀架的上面，手動(dòng)操作進(jìn)行序中測(cè)量和首件檢測(cè)，都需要操作人員具有較高的專(zhuān)業(yè)技能，而且如果將工件轉(zhuǎn)移到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上，往往會(huì)不適宜。從測(cè)量效果來(lái)看，測(cè)量工件依賴(lài)于手工操作，往往會(huì)耗時(shí)長(zhǎng)，缺乏精確度，而且很容易出現(xiàn)人為誤差。由于一致性較差，所以在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，還需要試切，導(dǎo)致了重復(fù)勞動(dòng)。在工件加工的過(guò)程中，如果機(jī)床停止運(yùn)行的狀態(tài)下對(duì)于工件的關(guān)鍵尺度進(jìn)行檢測(cè)，如果刀具因此而磨損，都不容易發(fā)現(xiàn)。
應(yīng)用測(cè)量軟件，使用測(cè)頭檢測(cè)，可以運(yùn)用軟件自動(dòng)計(jì)算功能，根據(jù)設(shè)定的規(guī)格對(duì)于工件的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。序中工件的測(cè)量，可以采用自動(dòng)修正偏置值的方式來(lái)進(jìn)行，消除了由于操作人員人為因素所造成的誤差，提高了自動(dòng)化加工控制的可靠性，同時(shí)，還使工件報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)降低。軟件自動(dòng)控制，可以通過(guò)過(guò)程反饋實(shí)施適應(yīng)性加工，以避免各種變化所造成的不斷修改。在首件檢測(cè)的過(guò)程中，可以將自動(dòng)偏置更新功能利用起來(lái)，盡量避免由于等待檢測(cè)結(jié)果而延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間。
3.2 在數(shù)控加工的程序中嵌入測(cè)量程序
數(shù)控加工的程序中，對(duì)于零部件的測(cè)量要求精度很高，這就需要采用高精度電壓測(cè)量的方式。萬(wàn)用表可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，而且可以進(jìn)行存儲(chǔ)程序控制，其測(cè)量中所能夠達(dá)到的測(cè)量精度非常高，而且實(shí)現(xiàn)了13/2位的分辨率。進(jìn)行信息通訊和測(cè)量的時(shí)候，將可編程儀器所發(fā)出的指令嵌入到VC軟件系統(tǒng)當(dāng)中，不僅可以創(chuàng)立友好型的測(cè)量界面，而且還是控制程序具有較高的可讀性和靈活運(yùn)用性。
軟件系統(tǒng)在構(gòu)成上，主要包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、數(shù)據(jù)采集和處理軟件、先進(jìn)控制軟件以及PID軟件。PID(全稱(chēng)：Proportion- Integral- Differential)，即為比例-積分-微分。使用該軟件可以通過(guò)計(jì)算，對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行直接控制。
3.3 減低夾具的消耗費(fèi)用
采用測(cè)頭測(cè)量的方式將工件的坐標(biāo)系找準(zhǔn)，然后使用夾具夾緊，可以避免由于使用千分表進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整而帶來(lái)的各種不便。將測(cè)頭安裝在數(shù)控中心的主軸位置，或者位于車(chē)削中心的刀架上，可以避免由于手動(dòng)設(shè)定而造成測(cè)量誤差，對(duì)于工件具有很好的校正作用，并且設(shè)定校準(zhǔn)軸。使用自動(dòng)卡具具有很高的靈活性，批量產(chǎn)品的尺寸，不但提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且還大大地降低了停機(jī)時(shí)間。
3.4 良好的過(guò)程控制可以提高安全性
數(shù)控加工的在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，在改善過(guò)程控制的時(shí)候，工件的在線(xiàn)檢測(cè)所獲得的尺寸能夠及時(shí)做出反饋，可以降低由于操作人員的主觀(guān)因素而導(dǎo)致的機(jī)外檢測(cè)的輔助時(shí)間減少。由于在線(xiàn)檢測(cè)為自動(dòng)化操作，因此而避免了操作者由于運(yùn)行不當(dāng)而造成傷害。當(dāng)防護(hù)門(mén)處于打開(kāi)的狀態(tài)的時(shí)候，程序無(wú)法自動(dòng)運(yùn)行，所以各項(xiàng)指令，包括準(zhǔn)備功能和輔助功能的指令都被迫停止。要使數(shù)控機(jī)床處于正常的自動(dòng)加工狀態(tài)，就要確保機(jī)床防護(hù)門(mén)關(guān)閉，自動(dòng)鎖住門(mén)鎖之后，可以啟動(dòng)工件的找正和在線(xiàn)檢測(cè)程序。
4 數(shù)控加工中尺寸在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)中的研發(fā)
4.1 在線(xiàn)測(cè)量尺寸的意義
關(guān)于尺寸的在線(xiàn)測(cè)量是否需要停機(jī)的問(wèn)題，主要是基于機(jī)床加工過(guò)程所呈現(xiàn)出來(lái)的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性，導(dǎo)致各種因素對(duì)于測(cè)量精確度的影響。處于加工狀態(tài)下，加床會(huì)振動(dòng)，產(chǎn)生熱變形，切削過(guò)程中所產(chǎn)生的切屑以及所使用的冷卻液，都會(huì)對(duì)于檢測(cè)造成影響，加之檢測(cè)過(guò)程中的安全性以及儀器的安裝等等的干擾，使得對(duì)于工件尺寸直接測(cè)量非常困難?？梢?jiàn)，對(duì)于在零件加工過(guò)程中，在線(xiàn)檢測(cè)尺寸，多采用簡(jiǎn)潔測(cè)量的方式，即停機(jī)測(cè)量。
數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件精度很高，將其與測(cè)量?jī)x器建立起關(guān)聯(lián)，就是要實(shí)現(xiàn)在機(jī)測(cè)量。在良好的加工控制環(huán)境中，機(jī)床加工設(shè)備同時(shí)還可以作為測(cè)量設(shè)，在機(jī)床精度的基礎(chǔ)上，各種測(cè)數(shù)據(jù)軟件被開(kāi)發(fā)處理，不但可以達(dá)到自動(dòng)測(cè)量的效果，而且還使測(cè)量的結(jié)果更具有直觀(guān)性。
4.2 生成測(cè)量程序
當(dāng)測(cè)量點(diǎn)的分布確定之后，還要對(duì)零部件的測(cè)量路徑以及測(cè)量程序加以確定。在編制測(cè)量程序的時(shí)候，可以采用手工編制的方法，也可以自動(dòng)編程。為了對(duì)于所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確處理，要對(duì)被測(cè)量的尺寸采用分段的方式，建立存儲(chǔ)格式，以使所獲得的幾何尺寸和形位尺寸更為符合要求。在具體測(cè)量操作上，要將DHP50數(shù)控鏜銑加工中心測(cè)量程序通用模板建立起來(lái)，建立起測(cè)量程序模塊，采用半自動(dòng)方法將測(cè)量程序生成。在測(cè)量零件的時(shí)候，要選擇使用人機(jī)交互的方式。當(dāng)各種測(cè)量參數(shù)被輸入到測(cè)量程序模板中時(shí)候，就會(huì)將尺寸以及形位誤差自動(dòng)生成。
4.3 加工誤差補(bǔ)償
當(dāng)機(jī)床所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)之后，軟件對(duì)其進(jìn)行分析處理，以獲取加工零件的尺寸數(shù)據(jù)。除了避免人為因素而導(dǎo)致的測(cè)量誤差之外，還創(chuàng)造了良好的加工環(huán)境，并根據(jù)零件標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整零件的工藝參數(shù)。針對(duì)于機(jī)床加工零件的線(xiàn)形尺寸誤差，對(duì)于引起的該種現(xiàn)象的各種因素進(jìn)行分析，主要包括刀具安全以及操作不準(zhǔn)確而造成的刀具磨損。這種現(xiàn)象的補(bǔ)償可以通過(guò)在線(xiàn)測(cè)量軟件進(jìn)行調(diào)整。使用系統(tǒng)軟件對(duì)于數(shù)控加工程序進(jìn)行調(diào)整，以修正加工誤差。此外，出現(xiàn)測(cè)量誤差的因素還有很多，包括受力變形以及零件裝夾的變形等等，都會(huì)導(dǎo)致形位誤差產(chǎn)生?；谠斐蓽y(cè)量誤差的復(fù)雜性，如果僅僅通過(guò)調(diào)整刀具補(bǔ)償顯然是不夠的，還要根據(jù)具體的情況進(jìn)行分析，以制定有效的解決措施。
5 結(jié)論
綜上所述，數(shù)控加工的在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)τ跀?shù)控加工中所存在的缺陷及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，并對(duì)于誤差進(jìn)行技術(shù)性修正，不但節(jié)約了加工成本，而且大大地提高了加工效率?？梢?jiàn)，在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)在中國(guó)的加工制造業(yè)具有良好的發(fā)展前景。
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