在機(jī)測量系統(tǒng)在汽車模具加工中的應(yīng)用

文|?？怂箍禍y量技術(shù)（青島）有限公司 崔永 高廣文 楊自科

近年來，隨著居民收入的持續(xù)提高，我國汽車需求量大幅增加，因此，汽車的產(chǎn)能也亟待提高，特別是汽車模具行業(yè)的生產(chǎn)效率受到了極大挑戰(zhàn)，這使得汽車模具生產(chǎn)廠家不得不采取有效措施來提高其生產(chǎn)效率，因而需要在保證質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率，而對于以機(jī)加工為主的汽車模具生產(chǎn)商提高生產(chǎn)效率的主要途徑就是通過提高機(jī)床的加工效率和成品率。

事實證明在加工中心加工過程中產(chǎn)生效益的金屬切削時間僅占60%以下，而搬運(yùn)、找正和檢測的比例則占到了40%以上，而在這些輔助時間內(nèi)，找正和檢測則占了絕大部分。因此要提高生產(chǎn)效率除了提高加工速度外，主要還是要提高找正和檢測的效率。

在機(jī)自動化測量是目前用來提高找正和檢測效率的主要途徑，主要分為工件檢測和刀具檢測兩類。

其中刀具檢測應(yīng)用于機(jī)床的刀具刀長和刀徑測量，具體方式為刀具通過程序自動定位于機(jī)床內(nèi)對刀儀，然后自動觸發(fā)，將所得刀長和刀徑自動更新刀具表，從而使機(jī)床在加工過程中可以使用最新的刀具參數(shù)對工件進(jìn)行精確加工，從而相比傳統(tǒng)機(jī)外對刀儀，完全避免刀具參數(shù)手動輸入帶來的參數(shù)輸入失誤，以及時間消耗，提高機(jī)床加工精度和工作效率。具體工作狀態(tài)如圖1 所示。

圖1 刀具監(jiān)測工作狀態(tài)

其中工件檢測主要應(yīng)用于兩個方面：一方面為測量工件基準(zhǔn)，由測量結(jié)果自動確定工件實際位置，從而為下一步加工提供精準(zhǔn)坐標(biāo)；另一方面，則為在零件加工過程中或者加工后對照零件設(shè)計圖樣來測量加工結(jié)果，以確定零件加工質(zhì)量，為過程控制提供精確參照或者作為零件終檢參照。具體工作狀態(tài)如圖2 所示。

圖2 工件檢測工作狀態(tài)

表 配置機(jī)床對通訊、文件傳輸和測量端口的參數(shù)

汽車模具往往體積都較大，搬運(yùn)以及移動都不是很省時省力，因此，我們都會考慮到是否可以在工件吊裝到機(jī)床工作臺后不進(jìn)行人工找正分中，讓機(jī)床通過自動檢測得到目前工件的位置和方向數(shù)據(jù)，直接根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行相對位置的加工，如此一來不但可以節(jié)省移動工件位置找正的時間，而且可以全自動獲取工件加工坐標(biāo)系，從而提高自動化程度，同時減少人為因素誤差，提高零件的一致性，滿足目前集約化生產(chǎn)的要求，大大縮短工件加工輔助時間。

通過查詢國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料，最終確定以以下方案進(jìn)行實施。

◎物料準(zhǔn)備：無線電機(jī)床測頭及其附件，機(jī)床宏程序，3D Form Inspect 在機(jī)測量軟件。

◎機(jī)床信息：SNK 品牌Fanuc18i 控制系統(tǒng)四軸機(jī)床，高速測量數(shù)據(jù)接收端口（JA40）開通。

◎手動修改機(jī)床如表所列參數(shù)，以完成機(jī)床對通訊、文件傳輸和測量端口的相應(yīng)配置。

◎硬件安裝：將編號為91.10-FA-UN的電纜插頭端直接接至機(jī)床JA40 插座，將該電纜另一端接至編號為91.30-ST5 的電纜黃線，此線為觸發(fā)信號線，其他電纜接線圖如圖3 所示。

圖3 其他電纜接線圖

◎?qū)o線電接收器與電纜91.30-ST5 對接，調(diào)節(jié)測頭與接收器頻道一致，將測頭安裝于機(jī)床主軸調(diào)節(jié)中心同心至＜2μ，通過以下指令進(jìn)行硬件安裝狀態(tài)確認(rèn)：

G91G31X100.F10

G01Y100.；

若機(jī)床在運(yùn)行第一行程序時手動觸發(fā)測頭，機(jī)床瞬時自動轉(zhuǎn)至第二行運(yùn)行則表明硬件狀態(tài)正常。

一、工件自動測量定位

使用自編程序O1500 校驗程序在環(huán)規(guī)上對測頭進(jìn)行刀長及測頭半徑校驗，獲取真實觸發(fā)刀長及觸發(fā)測頭半徑補(bǔ)償。程序如下（子程序省略）：

完成校驗程序后，則可以根據(jù)圖樣基準(zhǔn)要求編寫程序自動測量工件基準(zhǔn)，以完成工件加工的自動精確定位，并將工件真實位置自動寫入指定的坐標(biāo)系中，如G55。具體測量狀態(tài)如圖4 所示。

圖4 工件加工的自動精確定位

此項技術(shù)的應(yīng)用為國內(nèi)某模具生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)了總加工時間平均節(jié)省13%以上，明顯提高了生產(chǎn)效率及零件的一致性，為生產(chǎn)效率的提高以及質(zhì)量的保證提供了強(qiáng)大的支持，直接降低了廢品率和生產(chǎn)成本。

二、模具工件修模自動補(bǔ)償應(yīng)用

◎軟件配置：3D Form Inspect 在機(jī)測量軟件。

◎網(wǎng)絡(luò)配置：以太網(wǎng)直連。

3D Form Inspect 在機(jī)測量軟件為德國M&H 公司開發(fā)的用于在機(jī)測量的專用軟件，可以完成已有數(shù)模工件的三維測量任務(wù)，支持各類數(shù)控系統(tǒng)，完美支持五軸機(jī)床，具有專利的矢量方向校驗方式，有效補(bǔ)償五軸機(jī)床系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響。報告方式靈活，可以輸出便于后續(xù)處理的Excel 格式，也可以輸出HTML 等多種用戶需求格式。功能強(qiáng)大的軌跡模擬功能，為用戶提供最大的安全保障。3D Form Inspect 在模具曲面加工測量中的應(yīng)用，具體工作情況如圖5 所示。

圖5 3D Form Inspect 在模具曲面加工測量中的應(yīng)用

汽車沖壓件模具在加工過程中，由于加工時間長，刀具磨損較大，在過程控制以及修模過程中的加工余量很難確定，若使用三坐標(biāo)不但需要將工件頻繁在機(jī)床及三坐標(biāo)之間進(jìn)行交換，且在機(jī)床上的二次定位也非常難確定，因此，通過與相關(guān)技術(shù)人員交流確定目前模具加工業(yè)在過程控制及修模中急需一種在機(jī)床上就可以根據(jù)設(shè)計數(shù)模對工件進(jìn)行三維測量，實時更新加工余量同時結(jié)合對刀儀的應(yīng)用即可很好的完成模具加工中的測量修模應(yīng)用。

主要實施過程如下：

◎在電腦上的測量軟件3D Form Inspect 中導(dǎo)入待測零件數(shù)字模型，如圖6 所示，“脫機(jī)”編程創(chuàng)建測量路徑（基于CAD 的編程/路徑模擬/碰撞檢測）。

圖6 導(dǎo)入待測零件數(shù)字模型

◎測量路徑轉(zhuǎn)換成基于G 代碼的機(jī)床宏程式。

◎?qū)C(jī)床宏程式從電腦傳輸?shù)綑C(jī)床控制系統(tǒng)。

◎在機(jī)床上聯(lián)機(jī)執(zhí)行校驗及測量程序。

◎測量結(jié)果從機(jī)床控制柜傳輸?shù)诫娔X上的測量軟件中。

◎在測量軟件中創(chuàng)建測量數(shù)據(jù)報告（統(tǒng)計圖表和常規(guī)的CMM 測量報告格式如圖7 所示）。

◎?qū)y量結(jié)果導(dǎo)入機(jī)床程序自動編程軟件，據(jù)此生成修模程序。

◎修模。

◎檢測合格，精度報告。

圖7 統(tǒng)計圖表和常規(guī)的CMM 測量報告格式

三、結(jié)論

此測量方案利用機(jī)床測頭和相應(yīng)的在機(jī)測量軟件很好地解決了當(dāng)前我國模具加工行業(yè)在過程控制及修模中的實際問題，切實提高了模具曲面加工過程中的精度和效率，目前該方案已經(jīng)在上海、西安和哈爾濱等大型汽車模具以及交通運(yùn)輸產(chǎn)品加工行業(yè)得到了很好的應(yīng)用，為模具加工的效率及質(zhì)量的提高提供了強(qiáng)大的軟硬件支持。