柔性車削程序架構設計與編程技術研究

張偉　竇遠　胡更新　范宗凱

摘 要：本文通過對柔性程序結構的深度分析和構建，運用已有編程技術加以實現，將在線測量系統應用到自動化車削中，實現加工數據的內部傳遞，將整個加工過程前后銜接，實現全過程的自動化精準車削。針對精加工需求，制定在線系統的自身修正機制。

關鍵詞：柔性；車削；程序；編程；在線測量

中圖分類號：TD214 文獻標識碼：A

0.引言

回轉體結構是機匣零件的一種主要特征形式，制造過程中主要采用車削工藝進行加工，車削過程大致上分為粗車、半精車、精車3部分，其中粗車工序以外委加工形式為主，承制單位主要負責完成半精車和精車工序。

目前，工廠的數控車床加工的過程的自動化程度還存在著明顯不足：

①對于幾何精度較低的外委半成品，需要人工檢測毛坯尺寸，并修整加工余量。

②對于毛皮尺寸的變化，加工程序自身缺少自適應性。

1.技術指標

通過對程序核心結構的合理設計，運用先進的編程技術，并以高性能數控設備為執行載體，實現對毛坯幾何尺寸差異的自動識別，并根據差異程度自動編輯過程加工程序，加工后可按在線檢測結果自動補償程序參數和刀具參數，最終完成加工并生成可讀取和傳輸的檢測數據報表。

2.技術方案制定與實施

2.1 技術方案的實施

2.1.1程序架構分析與功能定義

為實現柔性加工的目的，程序需具備對毛坯的識別功能、根據毛坯條件調整加工參數的功能、加工補償功能，但是實際加工過程中，零件的車削一般分為半精加工和精加工兩個步驟（粗加工外委），其中半精加工的毛坯狀態不穩定，需要自動檢測毛坯和調整刀路的功能，但是由于尚有加工余量，一般不需要進行補償加工處理。而精加工使用的是經過半精加工的半成品，其加工尺寸精度誤差不大于0.2mm，因而不需檢測毛坯，可按照既定程序走刀加工，但精加工后尺寸精度要求較高，需要進行仔細的檢測，并根據測量結構自動補償完成最終加工過程。

2.1.2在線測量程序循環

Dorries車床的在線測量系統，測頭在使用前要設置長度、半徑和刀尖方向等參數（同車刀設置）。 每個探針需占用一個2D存儲器。 補償存儲器地址根據裝入探針的位置確定。 原則上，用于測頭探針的每個D存儲器都需兩個校準數據記錄。 根據D存儲器的不同，長度L的符號可為+或-。 半徑R與球形探針的模擬球半徑相匹配。

測量循環L974可控制在X軸和Z軸中工件的自動測量流程。調用參數定義用于測量的測量變量和幾何值。該循環可以確定，測量結果是只顯示在NC顯示器中，還是記錄到日志文件中。

2.1.4在線檢測機精度優化措施

（1）原因分析

通過8組數據對比分析，在線測量系統的重復誤差其實很小，但是存在系統偏差，直接進行測量的結果不可信，需要進行系統補償或校準。

產生系統偏差主要因素——環境因素。廠房只在夏季使用空調，其他季節，生產現場的環境溫度和濕度（時間/空間）梯度變化較大，對機床的硬件系統和電氣設備的運行精度都有影響，其中最主要的就是熱膨脹問題。這種現象在全球機加車間都是普遍存在的。

（2）優化措施

RR機匣生產線給出了最佳的解決方案：制作與加工零件相同材料的標準件，并固定到零件的夾具上，當加工過程中需要使用在線測量系統時，首先通過標準件校準測頭，然后再進行工件測量。這種方法的關鍵在于相同材質的標準件和零件，相互抵消了熱膨脹系數的影響。

對于工廠現有條件，需要更切合實際的方案。 完全照搬RR工廠的方法存在以下問題：

（1）標準件材料問題

加工零件是航空鈦合金鍛件，材料成本高，而且訂貨周期長。

（2）安裝條件問題

①現有夾具沒有預留安裝標準件的位置，需要重新設計、制造夾具，存在成本和周期上的問題。

②若直接安裝在工作臺上，將根據生產任務頻繁調整進行反復的拆卸，反而增加了額外的工序準備時間。

（3）優化結果

將測頭本身作為“刀具對象”，通過測量基準面結果和刀沿參數自動補償模塊，修復測頭自身的偏差。仍然對零件最嚴的內孔直徑進行對比測量，測量工具仍為常規內徑千分尺。具體測量數據見表2。

從測量結果中可以看出，在線測量的結果已高度接近工具測量結果，兩者測量結果最大偏差僅有0.007mm。已達到可允許的測量精度范圍。

結語

通過本次研究提出并驗證了柔性車削程序的結構模型，并結合實際加工需求，通過已掌握的高級編程技術，將程序架構實用化。同時，進一步證明了在線測量系統對于自動化加工技術的必要性，深度挖掘、剖析了在線測量系統存在的固有問題，并結合現場條件，給出適應現階段需求的改進措施。

參考文獻

[1]王雷， 徐鵬， 顧歡.機器人柔性車削加工單元設計研究[J].企業科技與發展，2016（6）：52-55.

[2]隋少春，楚王偉， 李衛東.數控加工在線測量技術應用探討[J].航空制造技術， 2010（22）：44-46.