探析三維測(cè)頭在數(shù)控加工中的應(yīng)用

陳明柏

摘 要：數(shù)控機(jī)床是一種裝載有一定程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，其性能的優(yōu)良與否同機(jī)床附屬物件的選擇是否恰當(dāng)具有密切的關(guān)系。文章對(duì)三維測(cè)頭解決工件在數(shù)控機(jī)床上的位置、坐標(biāo)系、對(duì)刀以及對(duì)工件的在線測(cè)量等問題的解決措施作一簡(jiǎn)單的探討。

關(guān)鍵詞：三維測(cè)頭；數(shù)控加工；應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床擁有普通機(jī)床三倍的工作效率，因此我國(guó)企業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用十分重視，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展速度很快。隨著數(shù)控機(jī)床使用范圍的擴(kuò)大，工作人員在使用數(shù)控機(jī)床中發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如：待加工零件在數(shù)控機(jī)床上的位置調(diào)整頗為繁雜、數(shù)控機(jī)床的利用率及工件加工效率問題。企業(yè)迫切希望在保證數(shù)控機(jī)床加工工件質(zhì)量的前提下解決上述問題。文章通過(guò)對(duì)EP6B型三維測(cè)頭的介紹來(lái)說(shuō)明三維測(cè)頭在數(shù)控加工中的應(yīng)用問題。

1 三維測(cè)頭的應(yīng)用原理

EP6B型三維測(cè)頭屬于導(dǎo)電式測(cè)頭中的一種重要類型，它主要是由測(cè)針、柄部、測(cè)頭主體三大部分組成的。絕緣體將柄部和測(cè)針之間分隔開來(lái)，充電電池所提供的工作電壓為3.5V。當(dāng)三維測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)，測(cè)針尖端的球形觸頭將會(huì)同工件相接觸。在測(cè)頭內(nèi)部設(shè)有一個(gè)常開電路，此電路與機(jī)床的主體和工件之間產(chǎn)生一個(gè)回路，測(cè)頭內(nèi)部的電路由此回路來(lái)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生光電信號(hào)，光電信號(hào)通過(guò)相關(guān)的光纖傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備經(jīng)過(guò)解析顯示在顯示屏上，這樣工作人員就可以從顯示屏上讀取該點(diǎn)的“測(cè)量值”。工作人員通過(guò)對(duì)不同點(diǎn)的測(cè)量確定這些點(diǎn)的位置關(guān)系及球型觸頭直徑在測(cè)量過(guò)程中同測(cè)量數(shù)據(jù)之間的補(bǔ)償關(guān)系。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算工作人員就可以得出高精度的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)觸頭快要接觸到工件的時(shí)候，工作人員應(yīng)當(dāng)將檔位調(diào)至手動(dòng)擋，手動(dòng)控制三維測(cè)頭慢速接近，當(dāng)接觸到工件的時(shí)候立刻離開，這樣反復(fù)操作2到3次，用來(lái)確定觸頭和工件之間剛好接觸時(shí)的精確位置。這種反復(fù)接觸雖然麻煩但對(duì)測(cè)量精確度的提高卻是非常有幫助的。

2 三維測(cè)頭的應(yīng)用

2.1 確定工件安裝位置

由于我們所加工的產(chǎn)品同一般的產(chǎn)品不同，具有一定的特殊性和加工精度，工廠對(duì)所加工產(chǎn)品的合格率及質(zhì)量的要求比較高有的甚至要求工件合格率達(dá)到百分之百。下面，筆者以一臺(tái)大型數(shù)控鏜銑床為例子對(duì)工件安裝的位置做一下講解。數(shù)控鏜銑床的主要功用就是用來(lái)完成工件的精加工工序。對(duì)于需要進(jìn)行精加工的工件來(lái)說(shuō)，工件在機(jī)床上的安裝位置正確與否對(duì)工件的加工質(zhì)量產(chǎn)生的影響是巨大的。我們以一臺(tái)彈體安裝架的下體示意圖來(lái)進(jìn)行解說(shuō)，本臺(tái)機(jī)床的生產(chǎn)批量比較小，且工件的粗加工工序已經(jīng)在普通機(jī)床上加工完畢。在工件精加工的時(shí)候，工作人員應(yīng)當(dāng)保證結(jié)合面具有一定的加工余量，這就對(duì)工作人員的技術(shù)水平有一定的要求，加工過(guò)程中工作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的保證工件的下表面與機(jī)床坐標(biāo)軸的平行度，并且，為了確定工件坐標(biāo)系的工作原點(diǎn)，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)直徑為1400mm的內(nèi)孔進(jìn)行精密的測(cè)量。并利用三維測(cè)頭對(duì)工件的下表面進(jìn)行定距測(cè)量，待工作人員找出工件的定位誤差數(shù)值以后經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的調(diào)整可以保證工件的定位誤差在5微米上下范圍內(nèi)波動(dòng)。

2.2工件坐標(biāo)系的建立

在對(duì)眾多的孔隙工件進(jìn)行數(shù)控加工的時(shí)候，工作人員一般都會(huì)以一個(gè)孔的中心作為工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)。如下圖1所示：

圖1是內(nèi)孔的中心圖像，內(nèi)孔中心的確定方法是：第一，使用三維測(cè)頭在內(nèi)孔上測(cè)量任意一個(gè)點(diǎn)，并將這一點(diǎn)的坐標(biāo)記錄下來(lái)（X1，Y1），然后再沿著其中的一個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)到同內(nèi)孔表面相接觸。之后再沿著另外的與第一條坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，一直運(yùn)動(dòng)到同內(nèi)孔表面相接觸，這一點(diǎn)坐標(biāo)軸可以記為（X2，Y2），工作人員通過(guò)對(duì)這兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的算術(shù)平均值進(jìn)行計(jì)算得出中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。通過(guò)這個(gè)例子我們可以得出使用三維測(cè)頭可以快速精確的確定工件內(nèi)部的坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的精確確定使得孔系結(jié)構(gòu)的精細(xì)加工得到了一定的質(zhì)量保證，降低了工作人員的失誤率，提高了他們的工作效率。在一定程度上節(jié)約了資源。

2.3 在線測(cè)量

工作人員可以使用三維測(cè)頭對(duì)零部件的關(guān)鍵部位的尺寸大小、形狀精度以及位置精度實(shí)施在線測(cè)量，這樣做可以大大提高員工的工作效率，保證部件的合格率。在對(duì)凸輪零件進(jìn)行加工的時(shí)候，工作人員應(yīng)當(dāng)特別注意對(duì)兩個(gè)凸輪槽的形狀和槽寬的加工，因?yàn)檫@兩個(gè)部位是加工部件的重點(diǎn)，并且由于受到技術(shù)的限制這兩個(gè)部位必須一次性加工成型。在對(duì)部件加工的過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)考慮到零部件本身的誤差和加工零件的刀具磨損等情況會(huì)對(duì)零部件加工的精度造成一定的影響。所以，為了保證工件的加工質(zhì)量，在工件加工完成之后，工作人員可以使用三維測(cè)頭的檢測(cè)功能對(duì)零部件的主要部位進(jìn)行再次檢測(cè)。通過(guò)在零部件加工中的多次檢測(cè)來(lái)控制所加工零部件的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的合格率。三位測(cè)頭可以完成的工作任務(wù)主要有：零件上的多點(diǎn)測(cè)量、計(jì)算，還可以完成長(zhǎng)度測(cè)量、角度測(cè)量、位置度測(cè)量和形狀精度測(cè)量等。

2.4 其他應(yīng)用

熟練工人可以將三維測(cè)頭應(yīng)用到很多的領(lǐng)域，極大的發(fā)揮三位測(cè)頭的作用。除了上文筆者所介紹的三維測(cè)頭的使用外，工作人員還開發(fā)出了很多三維測(cè)頭的使用場(chǎng)合。在下圖圖2中：該部件曾經(jīng)因?yàn)榈毒叩哪p而造成槽寬的偏大超出了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍而造成廢品的出現(xiàn)，并且還由于凸輪的磨損造成其它同該凸輪銜接的零部件的安裝困難，因而工作人員必須對(duì)磨損嚴(yán)重的凸輪進(jìn)行替換。工作人員在買進(jìn)三維測(cè)頭之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)因?yàn)榈毒吣p而廢棄的零件進(jìn)行測(cè)量和矯正，對(duì)于可以通過(guò)再加工恢復(fù)原樣的進(jìn)行最大限度的保留，變廢為寶。例如：在對(duì)某一型號(hào)的產(chǎn)品使用的過(guò)程中，工作人員發(fā)現(xiàn)其中一件具有四個(gè)滾輪的產(chǎn)品其滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，但是因?yàn)樵摦a(chǎn)品四周空間的限制以及儀器的精密度不夠造成技術(shù)人員無(wú)法完成對(duì)該產(chǎn)品的檢修工作。三維測(cè)頭的出現(xiàn)才使得上文提到的窘境得到了解決。工作人員利用三維測(cè)頭和大型鏜銑床對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果工作人員僅僅用了半個(gè)小時(shí)就調(diào)試完畢，使此產(chǎn)品達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、輕快，受到用戶的強(qiáng)烈好評(píng)。除了上面所介紹的幾個(gè)應(yīng)用之外，工作人員還可以對(duì)三維測(cè)頭編寫相應(yīng)的程序，用來(lái)對(duì)平面角度和孔心距進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。最近幾年來(lái)，三維測(cè)頭技術(shù)不斷被相關(guān)企業(yè)認(rèn)可，該技術(shù)越來(lái)越成為了企業(yè)解決數(shù)控機(jī)床問題的首選方法，在保持?jǐn)?shù)控機(jī)床技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，不斷的提高和改進(jìn)數(shù)控機(jī)床操作人員的相關(guān)技術(shù)勢(shì)在必行。

3 結(jié)語(yǔ)

筆者結(jié)合自己多年的數(shù)控機(jī)床操作和維修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)三維測(cè)頭在數(shù)控加工中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。當(dāng)然，同三維測(cè)頭在數(shù)控加工中的應(yīng)用相關(guān)的問題多如牛毛，筆者在此僅僅對(duì)幾點(diǎn)比較常見的問題作一簡(jiǎn)單的探討，希望對(duì)同仁有所啟發(fā)和幫助。

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