數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量技術(shù)研究
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傳統(tǒng)的離線測(cè)量方式，即采用拆卸移動(dòng)工件的檢測(cè)方式，涉及二次裝夾定位問題，使得加工結(jié)果和測(cè)量結(jié)果的一致性差，導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長(zhǎng)、生產(chǎn)效率降低。拆卸移動(dòng)工件的檢測(cè)方式是阻礙數(shù)字化制造整體效率提高的主要原因[2]。在線測(cè)量，即加工與測(cè)量過程均在同一設(shè)備上實(shí)施的檢測(cè)方式[3]，工件經(jīng)過一次裝卡便可完成加工與測(cè)量工作，避免了二次裝夾定位誤差，可降低測(cè)量成本，減少生產(chǎn)輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和加工精度。數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量技術(shù)具有采樣速度快、精度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了工件的數(shù)字化數(shù)據(jù)采集和精度評(píng)價(jià)[4]。
與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measuring Machining）相比，由于數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量環(huán)境復(fù)雜，誤差影響因素較多，但三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)價(jià)格昂貴，性價(jià)比與應(yīng)用的廣泛程度遠(yuǎn)不如數(shù)控機(jī)床[5]。因此在精度要求不是很高時(shí)，數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)。
數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量技術(shù)是加工測(cè)量一體化技術(shù)的重要組成部分，可以擴(kuò)展數(shù)控機(jī)床的功能，有效地提高現(xiàn)有機(jī)床的使用價(jià)值，保證零件的加工質(zhì)量[1，6，7]。因此，數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量得到現(xiàn)代制造企業(yè)的重視和應(yīng)用，具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值，國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)此方面進(jìn)行了大量的研究工作，并在實(shí)際中進(jìn)行了推廣和應(yīng)用[8]。
機(jī)床在線測(cè)量組成結(jié)構(gòu)
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床較之以前在開放性方面有了很大的提升，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)良好的擴(kuò)展性和兼容性使得一臺(tái)數(shù)控機(jī)床兼具一定精度的三維坐標(biāo)測(cè)量功能成為可能[6，9-10]。如果把機(jī)床與測(cè)量系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)，在零件加工的同時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)工件的在線測(cè)量。
數(shù)控在線測(cè)量系統(tǒng)組成主要包括硬件和軟件兩部分。類似數(shù)控加工系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)主要包括數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)和測(cè)頭系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)則是利用二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)類似于數(shù)控加工編程的在線測(cè)量編程，得到驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)測(cè)量的NC代碼[11]。數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)的原理示意圖如圖1所示。
盡管數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有的在線測(cè)量系統(tǒng)，大都是專用的，測(cè)量功能單一，不能滿足加工零件的復(fù)雜性、多樣性需求。在機(jī)床在線測(cè)量系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將其與CAD系統(tǒng)進(jìn)行集成，經(jīng)過CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量編程和仿真驗(yàn)證，增大了數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量的靈活性及工作范圍，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)+加工+測(cè)量（Design-Manufacturing-Inspection，簡(jiǎn)稱D-M-I）的集成。數(shù)控加工、測(cè)量與設(shè)計(jì)三者在不同階段的集成示意圖如圖3所示。
1 工作原理
在線檢測(cè)系統(tǒng)中直接影響精度的關(guān)鍵部件是測(cè)頭[6]，具有搜索前進(jìn)的能力的觸發(fā)式測(cè)頭最為常用[7，13-14]，向數(shù)控系統(tǒng)提供觸發(fā)信號(hào)以獲得觸發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)[9，13]。測(cè)頭系統(tǒng)最關(guān)鍵的一個(gè)功能是可生成程序中斷指令，當(dāng)測(cè)頭測(cè)端與被測(cè)工件接觸時(shí)，測(cè)頭系統(tǒng)向數(shù)控機(jī)床發(fā)送一外部中斷請(qǐng)求（該中斷請(qǐng)求由測(cè)頭觸發(fā)信號(hào)提供）。當(dāng)機(jī)床控制系統(tǒng)接收到中斷后，便通過定位系統(tǒng)鎖存此時(shí)測(cè)端球心的坐標(biāo)值，以此來(lái)確定測(cè)端與被測(cè)工件接觸點(diǎn)的坐標(biāo)值。測(cè)頭系統(tǒng)檢測(cè)過程如圖4所示。
在線檢測(cè)運(yùn)動(dòng)是通過輸入到數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)控檢測(cè)程序的控制實(shí)現(xiàn)的。由于數(shù)控機(jī)床采用的數(shù)控系統(tǒng)不同，其控制方法和編程代碼等有所差別。
2 測(cè)頭定位
為使數(shù)控機(jī)床能夠準(zhǔn)確、高效、快速地完成每一次的在線測(cè)量，在一次測(cè)量任務(wù)中需多次測(cè)量觸發(fā)。根據(jù)測(cè)頭在一次測(cè)量過程中運(yùn)動(dòng)，需設(shè)定3種距離[15]，如圖5所示。
評(píng)論