數控機床的檢測與設備改良研究

李倫興，孫茂悅，黃圓圓

沈陽機床股份有限公司沈一車床廠，遼寧 沈陽 110142

在任何的生產和加工過程中，檢測屬于確保產品質量的唯一保證，檢測技術的高低直接決定著精密制造業的發展前景。近幾年，隨著我國計算機技術和數控技術的不斷壯大和發展，生產加工企業對在線檢測技術在不斷地更新和完善。在線檢測的優點就是能夠避免所有的離線檢測而導致的二次裝夾的誤差，不但縮短了整個零件的搬運周期和生產時間，而且還能直觀有效地發現問題和解決問題，所以在線檢測技術的發展有著不可或缺的意義。如何提高企業生產過程中的在線檢測效率和精度，就必須要有針對性科學地進行檢測設計。

1 數控設備在線檢測系統

在線檢測系統是將計算機完全引入到數控機床中，客觀地說在線檢測實際就是對“探測頭+數控機床”的補充和改良，主要是依據計算機的強大存儲和計算功能，再利用軟件技術逐步改進自動檢測的效率、精度以及可操作性，從而實現了整個測量結果和測量過程的直觀可視性，把數控機床生產加工過程中的在線檢測技術提升到一個歷史的最高點。

2 數控設備在線檢測的可行性

一觸發式測頭系統和一些相關的測試程序是整個數控機床配備中關鍵環節，這種系統和程序的結合就完好地構成了生產企業的在線檢測系統。如果本系統能夠把檢測和加工集成到一起，就可完全實現了整個加工生產過程中的所有自動檢測。在線檢測系統最主要的部件主要有計算機、數控機床、工件和測頭。它的實現步驟為，第一要在具體的計算機上完成相應的自動檢測的實際代碼，然后再把檢測代碼經過RS-232的串行通訊接口具體傳輸給需要檢測的數控機床，這樣就可以讓機床的伺服系統進一步驅動所有的工作部件，從而逐步帶動了探測頭，之后再按照所設計的檢測程序的具體要求進行檢測；第二當測頭對整個工件實行檢測的過程中就會發出相應的觸發信號，然后再通過數控系統的專用接口和測頭逐步轉變成數控系統能夠準確辨認的信號，之后再通過數控系統進行記錄測點的具體坐標，最后在按照檢測程序再執行第二個動作；第三在軟件系統的控制之下，我們可以對整個系統的檢測結果逐一補償、計算、可視化及數據庫鏈接等所有項的數據處理，這樣就能相對比較準確地完成整個檢測步驟。其實在線檢測系統就是通過將檢測與加工過程設計在同一臺設備中，從而避免了輔助時間長、重復裝夾、多次定位誤差等問題。因為整個過程均是由數控程序進行控制，所以能夠實現整個檢測過程的自動化，在線檢測屬于軟件自動控制的一種新型檢測技術。如今使用最廣的測頭主要是還是觸發式測頭，它的價格相對比較低，而且可靠性也很強。

3 直線度的檢測

直線度其實就是實際被測的直線對理論直線的一個變動量。眾所周知，直線度公差其允許的最大變動量，是完全可用來控制一個具體的表面之上任何一條線，它是在給定的具體平面內或給定的兩個方向上互相垂直的直線度誤差。

3.1 測點的分布及法矢的確定

通常情況下，零件的表面其中任何一條直線段上的不同的點都是直線度的在線檢測的對象。這里所說的直線度在線檢測是基于CAD的一種在線檢測直線度，所以一定要先構造一條直線段，之后才能在這條直線段的具體有效的線段上進行比較合理的分布相應測點。通常，構造的這些直線段一般都是處在零件某一平面上的表面上。

一般情況下，我們把直線段上具體測點都是劃分為兩種，一種是無規則的，一種是有規則的。具體的檢測過程中直線度在線檢測的測點的實際分布都是反映了整個待測零件的基本形狀；另外，在測點的合理分布的情況之下，如果測點的數量越多，那么整個測量的誤差結果就會很小。所以在一些高精度的測量過程中，一定要適當地進行增加一些測點數。當這些測點生成后，必須要首先考慮到測點的法矢。其實，測點的法矢還是依據測點所處的曲面的形狀來決定的。一般情況下，在線檢測直線度所分布的測點都是在在圓柱的側表面上或平面上。

3.2 路徑的規劃

測點的法矢和位置已經確定之后，就要根據具體情況進行規劃相應的路徑。規劃路徑的主要原因就是為了進一步實現整個檢測工作的快速性、有序性、高效性，只有經過了具體的規劃才能確保在檢測時工件與測頭無端碰撞，所以必須要對檢測路徑進行一個科學合理的規劃。為了縮短整個測頭在檢測時的移動距離，檢測順序通常都是在最邊上的點逐步開始。為了確保整個檢測的精度和效率，我們可以把測頭的相應移動速度劃分成兩類：其一屬于高速，就是在測頭不是近距離地靠近整個部件的表面時，通常都是把移動測頭的速度調成高速；其二屬于低速，就是在測頭近距離地靠近整個零件的表面時，把移動測頭的速度調成低速。測頭應該先從測點的Pl法矢方向，把測點Pl作為整個測試的起始點，高速移動到點N1的時候，之后低速就會對P1點進行具體的檢測。當測點Pl在檢測完后，測頭高速就會回退到Bl點，最后再移動到P2的檢測起始點A2進行P2點的檢測。從上所述，遵循整個測量的路徑，反復進行測量，直至到完成了整個在線檢測的工作。

3.3 直線度誤差的計算

參照國家標準GB/T11369-1989 ，不同方向的直線度誤差是包容實際最小區域圓柱面的直徑。空間直線度誤差評定的主要方法有以下幾種：遺傳基因算法、兩端點連線法、最小包容區域法、網絡分離法及最小二乘法。因為最小二乘法相對比較簡單，所以通常都是選用最小二乘法來進行評定整個直線度誤差。

4 結論

在數控機床生產企業所進行的在線檢測，能夠避免所有的離線檢測而導致的二次裝夾的誤差，不但縮短了整個零件的搬運周期和生產時間，而且還能直觀有效地發現問題和解決問題，所以在線檢測技術的發展有著不可或缺的意義。為了提高檢測效率和進一步提高檢測的精度，不同的檢測對象要考慮采取不同的檢測方法。特別是針對不同規則特征的在線檢測，其檢測方法有的相差很大，但其檢測的流程卻大致相同。

[1]劉利劍，等.加工中心在線測量功能的實現[J].機械工程師，2009(12)：19-21.

[2]孫志海.基于CAD的加工中心在線檢測系統研究與開發[D].河北：河北工業大學，2008.