環(huán)形機(jī)匣在線測(cè)量技術(shù)研究

吳宏春　王發(fā)豪　李鵬飛　牛存可

摘 要：本文以STC五坐標(biāo)加工中心為載體，通過(guò)機(jī)床新功能開(kāi)發(fā)，掌握基于零件典型特征的在線測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于零件狀態(tài)的刀長(zhǎng)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，初步實(shí)踐了將零件實(shí)際狀態(tài)與理論編程相結(jié)合的加工技術(shù)理論，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和效率提升提供了一種改善方式。

關(guān)鍵詞：STC1600五坐標(biāo)；在線測(cè)量；質(zhì)量提升

中圖分類(lèi)號(hào)：V263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在航空制造業(yè)快速發(fā)展的今天，新產(chǎn)品研制的種類(lèi)越來(lái)越多，企業(yè)不但追求研制進(jìn)度和成本，而且更加注重以產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)贏得競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，這一領(lǐng)域?qū)庸ぞ群托侍岢隽嗽絹?lái)越高的要求。企業(yè)多在成品檢驗(yàn)和工序結(jié)束環(huán)節(jié)配備了三座標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行質(zhì)量控制，即離線檢測(cè)。而在機(jī)床上使用機(jī)載測(cè)頭進(jìn)行在線測(cè)量，既可方便工件的裝夾找正，又可減少工件的周轉(zhuǎn)和因超差返修造成的多次裝夾時(shí)間。同時(shí)增加中間環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制手段，減少了某些特殊工裝的設(shè)計(jì)和制造，可以大大縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的一次合格率，既降低了生產(chǎn)成本，又加快了新產(chǎn)品研制的速度。根據(jù)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)生成誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)反饋到數(shù)控系統(tǒng)，保證工件的加工尺寸和精度，是提高數(shù)控機(jī)床加工精度和自動(dòng)化水平的有效方法之一。

1.概述

STC五坐標(biāo)加工中心是我廠新進(jìn)設(shè)備，該設(shè)備為臥式擺頭五坐標(biāo)加工中心，具有大回轉(zhuǎn)半徑、大扭矩、轉(zhuǎn)速高等特點(diǎn)。該機(jī)床配備西門(mén)子高級(jí)操作系統(tǒng)、具備高級(jí)在線測(cè)量、刀尖跟蹤、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)亟待開(kāi)發(fā)應(yīng)用的高級(jí)功能，開(kāi)發(fā)應(yīng)用后能夠大大提升產(chǎn)品的加工質(zhì)量。第一，保證加工與測(cè)量過(guò)程的同時(shí)進(jìn)行；第二，能夠通過(guò)在線測(cè)量為實(shí)時(shí)誤差提供反饋，對(duì)不合格零件進(jìn)行補(bǔ)償加工，保證零件加工過(guò)程中的加工精度。

1.1 設(shè)備狀態(tài)分析

（1）機(jī)內(nèi)對(duì)刀模塊

對(duì)刀系統(tǒng)廠家：BLUM；對(duì)刀程序系統(tǒng)：BLUM；機(jī)內(nèi)刀具測(cè)量、刀具破損監(jiān)控的激光測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量誤差≤0.005mm。

（2）在線測(cè)量模塊

測(cè)量系統(tǒng)廠家：Renishaw；測(cè)量程序系統(tǒng)：西門(mén)子840D；模塊功能：工件找正、工序中零件測(cè)量 ，測(cè)量誤差≤0.01mm 。

1.2在線測(cè)量指令

（1）L751：測(cè)量頭在標(biāo)準(zhǔn)孔中校準(zhǔn) 。

（2）L761：“點(diǎn)”測(cè)量程序。

（3）L762：“孔”測(cè)量程序。

（4）L763：“槽”測(cè)量程序。

（5）L764：“橋形接片”測(cè)量程序 。

（6）L765：“輪轂”測(cè)量程序3.1.3西門(mén)子通用測(cè)量指令解析。

（7）L766：刀具修正，刀具零點(diǎn)偏移。

2.指令分析

2.1測(cè)頭校準(zhǔn)

每當(dāng)運(yùn)行校準(zhǔn)程序L751時(shí)，都重新計(jì)算有效測(cè)量頭長(zhǎng)度“LENGTH_PROBE1”和有效的測(cè)量頭半徑“RADIUS_PROBE1”以及測(cè)量球中心相對(duì)于主軸中心X軸偏移X_Offset_P1和Y軸偏移Y_Offset_P1；這些校準(zhǔn)結(jié)果保存在GUD中，只有當(dāng)測(cè)針更換或測(cè)量頭偏轉(zhuǎn)力矩改變時(shí)才要求進(jìn)行新的校準(zhǔn)過(guò)程，校準(zhǔn)程序中X_DRIFT與Y_DRIFT的計(jì)算用于檢驗(yàn)機(jī)器熱脹偏差。

2.2 點(diǎn)測(cè)量

L761：AXI=3 Z向測(cè)量 ，DIR=-1 沿Z負(fù)方向移動(dòng)。循環(huán)讀入起始位置，主軸定位到0度并在規(guī)定的方向上移動(dòng)碰觸零件，搜索行程限定在30mm，搜索行程超過(guò)30mm測(cè)頭未碰觸到零件則返回起始位置，顯示“測(cè)頭未移動(dòng)” 。

2.3 孔測(cè)量

L762：在循環(huán)啟動(dòng)前測(cè)量頭必須在大約孔中心位置且測(cè)球在所希望的測(cè)量面，主軸定位到0度；通過(guò)孔的碰觸在±X方向搜索X的中心值，從找到的X中心向±Y方向碰觸孔 的到Y(jié)中心值以及在Y上的直徑，測(cè)量頭定位在孔中心并重復(fù)在±X方向的測(cè)量，確定在X上的直徑，主軸定位到180度并從孔中心向±X何±Y方向碰觸孔，計(jì)算直徑和相對(duì)180度主軸位置的中間點(diǎn)坐標(biāo)。

2.4 槽測(cè)量

L762：在循環(huán)啟動(dòng)前測(cè)量頭必須在大約孔中心位置且測(cè)球在所希望的測(cè)量面，主軸定位到0度；通過(guò)孔的碰觸在±X方向搜索X的中心值，從找到的X中心向±Y方向碰觸孔 的到Y(jié)中心值以及在Y上的直徑，測(cè)量頭定位在孔中心并重復(fù)在±X方向的測(cè)量，確定在X上的直徑，主軸定位到180度并從孔中心向±X何±Y方向碰觸孔，計(jì)算直徑和相對(duì)180度主軸位置的中間點(diǎn)坐標(biāo)。

2.5 斜面測(cè)量

L765：存儲(chǔ)結(jié)果在GUD6中在可帶回轉(zhuǎn)主軸的機(jī)床上工件坐標(biāo)系圍繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使Z工件坐標(biāo)和A軸平行；旋轉(zhuǎn)工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)偏移可以通過(guò)Z_W和Y_W在根據(jù)Z_W和Y_W計(jì)算工件零點(diǎn)。

3.功能應(yīng)用

3.1 在線測(cè)量

空間尺寸的測(cè)量，機(jī)匣殼體外環(huán)凸臺(tái)平面至零件回轉(zhuǎn)中心距離尺寸的測(cè)量，徑向凸臺(tái)至中心尺寸4510-0.1（4處），將實(shí)測(cè)Z值通過(guò)R參數(shù)讀取，驗(yàn)證測(cè)量程序正確性。

以往在加工的過(guò)程中要測(cè)量至中心尺寸，需要使用百分表打表檢查，先測(cè)量轉(zhuǎn)盤(pán)中心或者轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣做為參考基準(zhǔn)在打表測(cè)量凸臺(tái)尺寸，最后換算出零件至中心尺寸。

通過(guò)在線測(cè)量，使用在線測(cè)量點(diǎn)測(cè)量程序可以直接測(cè)量出至中心尺寸，提高了測(cè)量的效率，大大簡(jiǎn)化了工人的操作難度。

3.2 刀長(zhǎng)補(bǔ)償功能

通過(guò)使用在線測(cè)量功能，可以對(duì)零件加工位置的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。可以通過(guò)銑刀試切后在線測(cè)量并通過(guò)指令L766將測(cè)量值直接補(bǔ)償至某刀具長(zhǎng)度中，對(duì)加工過(guò)程中由于刀具磨損較大而影響零件加工尺寸的可以通過(guò)該方法及時(shí)對(duì)刀長(zhǎng)以及刀半徑進(jìn)行補(bǔ)償；如果零件尺寸誤差是由零件本身狀態(tài)不好所影響的，可以通過(guò)在線測(cè)量程序測(cè)量實(shí)際值并設(shè)置R參數(shù)，在將R參數(shù)帶入到實(shí)際加工程序中的加工方式，實(shí)現(xiàn)刀長(zhǎng)補(bǔ)償功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件局部尺寸的精確調(diào)整與加工。

問(wèn)題：粗銑圓周凸臺(tái)，沿圓周19處均布，銑加工尺寸13±0.1，零件狀態(tài)不好端跳比較大，尺寸公差不易保證。

解決方法：通過(guò)在線測(cè)量分別測(cè)出19處豁口尺寸，并將相應(yīng)尺寸帶入到銑加工程序中，對(duì)每一處的加工深度分別進(jìn)行調(diào)整，從而保證尺寸加工公差。

結(jié)語(yǔ)

在航空制造業(yè)快速發(fā)展的今天，新產(chǎn)品研制的種類(lèi)越來(lái)越多，企業(yè)不但追求研制進(jìn)度和成本，而且更加注重以產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)贏得競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，這一領(lǐng)域?qū)庸ぞ群托侍岢隽嗽絹?lái)越高的要求。

通過(guò)STC1600機(jī)床在線測(cè)量功能開(kāi)發(fā)，掌握了基于機(jī)床的典型特征的在線測(cè)量方法，并應(yīng)用在線測(cè)量對(duì)加工中的刀具進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了在線測(cè)量對(duì)實(shí)際加工的反饋機(jī)制。根據(jù)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)生成誤差補(bǔ)償反饋到數(shù)控系統(tǒng)，保證工件尺寸精度及批量加工尺寸的一致性。在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行在線檢測(cè)是提高數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化加工水平和保證工件加工精度的有效方法之一。

參考文獻(xiàn)

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