加工后测量在金切自动线上的应用.pdf

精密制造与自动化 2016年第3期 56 加工后测量在金切自动线上的应用 仓兴无（马波斯（上海）商贸有限公司 上海 200233）摘 要 随着金切机床加工精度和自动化程度的提高，自动测量技术的应用逐渐增多。通过例举非磨削加工中采用测量技术的实例，阐明了要实现机械自动化和无人化加工，加工后零件的尺寸自动测量和反馈是非常关键的一环。由于用工成本的增加，国内企业越来越希望实现自动化的流水线加工，使金切加工达到高效率、高精度、高自动化、低废品率和低成本。关键词 加工后测量 机床尺寸闭环 自动化 随着经济的发展，工业领域需要高精度的零件。目前加工过程中要实现自动化、高精度加工，需要提高加工工艺技术和设备的加工精度，零件加工后自动测量和反馈是必不可少的重要环节。在某些机械的加工过程中，可以实现在线零件检测，但是在另一些机械加工过程中由于加工的性质不能实现在线测量这时就将采用加工后进行尺寸测量。以往精密零件的加工都采用精密加工设备和工序，如磨床加工工序以满足精度要求。随着金切加工技术工艺和设备精度的提高可以实现以车代磨。近几年来，随着高硬度刀具材料、涂层技术和机床结构刚性的不断改进，比如采用新型刀具在刚性较好的新型车床上对淬硬钢进行车削取得很好的加工效果，其加工质量可以达到精磨的水平，这就引发了所谓的“以车代磨”技术，也叫硬车削技术1。有些零件在金切设备加工后就能达到较高的尺寸要求，所以在金切机床加工后就有必要加上测量设备。测试计量技术学科与机械科学及其先进制造系统关系密切，测量技术是机械科学研究和先进制造的“眼睛”。测量技术及仪器设备不再是单纯的辅助检测设备，而是作为生产制造设备的一部分，集成于机械系统，参与到制造过程，成为必须的生产部件或设备。在高性能制造装备中，测量系统的成本已经达到装备总成本的 3050。这个趋势说明，实现机械制造要靠生产资料和机床，而测量技术则是了解生产现场情况，进而指导生产过程的手段，二者的有机结合，才能带来生产水平的飞跃。另一方面，机械制造中的测量和机器有着不同的属性，测量仪器是认识世界的工具，而机器则是改造世界的工具。认识世界和改造世界同等重要，而且认识世界往往是改造世界的先导2。目前我国的测量技术有了很大提高，但是在金切加工行业还是普遍采用手工测量，所以亟需提高自动测量的技术和水平。在实际应用中通常遇到很多零件如汽车齿轮、汽车空调的压缩机壳体、转子、压缩机叶片等等。这些零件都是由加工中心或多工位加工机床加工的，零件的公差范围在0.01mm0.0015mm。测量设备可以通过对零件的尺寸检测，然后把尺寸偏差反馈给控制系统，以便在加工下一个零件或下几个零件时进行校正从而使加工的零件始终处于合格的公差范围内，在加工环节上实现尺寸测量闭环控制。在此例举几个应用实例说明加工后测量的设计和使用功能。1 1 齿轮测量齿轮测量 1.1 1.1 测量要求测量要求 如图 1 所示为汽车齿轮零件，原来是多机床多工位加工，加工结束后手动用千分表等量具测量，如果有偏差的话在机床的 NC 上手动更改相应尺寸的坐标值来纠正尺寸。从测量偏差值到纠正零件尺寸的时间较长，而且试加工阶段和机床工况不稳定时需要经常做手动测量和纠正 NC 坐标值。为了提高自动化、生产率和合格率，用户要求组成自动生产线并配置自动尺寸测量装置。对测量装置的要求是：(1)可以同时测量 15 种尺寸（同一零件上）。(2)测量精度在 0.001mm。(3)测量的节拍要求达到 3 件/每分钟。(4)要求同时显示多个测量项。仓兴无 加工后测量在金切自动线上的应用 57(5)要求内径尺寸偏差反馈给机床。(6)要求球顶高度尺寸偏差反馈给机床。(7)机械手在测量位置放置零件，如果零件放置位置或角度不正确时要求报警。图图 1 汽车齿轮示意图汽车齿轮示意图 针对用户的该零件的测量要求设计测量方案如图 2 所示：(1)内孔直径用两个传感器T1和T2进行测量。尺寸偏差值（或区间）输出到机床 NC。(2)用一个高度传感器就可以测量球顶面的高度值，但是考虑今后使用自动机械手来装载工件，如果零件放偏，将会造成很大的测量偏差。所以球顶高度值用三个高度传感器 T3、T4 和 T5 来测量，(3)用测量得到的三个高度值做平均值计算然后把平均值的偏差值（或区间）输出到机床 NC。(4)用测量得到的三个高度值做绝对值计算然后把绝对值的偏差值（或区间）输出到机床 NC 或机械手的 NC 上。图图 2 测量方案示意图测量方案示意图 1.2 1.2 按测量要求配置传感器和测量项按测量要求配置传感器和测量项 M1：内孔直径 M1=T1+T2 M2：球顶高度 M2=T3 M3：球顶高度 M3=T4 M4：球顶高度 M4=T5 M5：高度绝对偏差 M5=Max(M2,M3,M4)-Min(M2,M3,M4)M6：高度平