結(jié)構(gòu)件在機檢測程序編制研究

李鐵鋼

(沈陽工程學(xué)院 機械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

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結(jié)構(gòu)件在機檢測程序編制研究

李鐵鋼

(沈陽工程學(xué)院 機械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

為提高飛機結(jié)構(gòu)件的加工質(zhì)量和效率，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的快速數(shù)控編程加工，提出了在機檢測的方法，構(gòu)建了基于Edgecam軟件的檢測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。首先，研究了檢測程序編制技術(shù)；而后，論述了測量程序后置處理等關(guān)鍵技術(shù)；最后，通過實例證明了該方法的有效性，提高了結(jié)構(gòu)件數(shù)控編程的效率和質(zhì)量。

在機檢測；程序編制；Edgecam；后置處理；結(jié)構(gòu)件

結(jié)構(gòu)件是飛機上的主要承力構(gòu)件，包括接頭、框、肋、梁和壁板等典型種類零件，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，加工難度大，生產(chǎn)周期長[1]?，F(xiàn)代的結(jié)構(gòu)件普遍采用CAD軟件的三維實體數(shù)據(jù)模型設(shè)計，利用數(shù)控機床加工，使用坐標(biāo)測量機檢測加工精度。但是，在加工過程中需要經(jīng)常在數(shù)控機床和坐標(biāo)測量機間進(jìn)行零件周轉(zhuǎn)，導(dǎo)致零件需要重復(fù)裝夾定位和對刀，生產(chǎn)準(zhǔn)備時間過長，易產(chǎn)生裝夾誤差，使零件的制造周期變長。

在機檢測是零件在加工工序完成后保持定位裝夾狀態(tài)不變，在數(shù)控機床上直接對零件的尺寸和形位公差進(jìn)行測量。通過在機檢測技術(shù)可隨時掌握零件的加工狀態(tài)信息，能夠節(jié)約定位、找正、周轉(zhuǎn)等生產(chǎn)輔助時間，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率[1-2]。現(xiàn)在的在機檢測技術(shù)程序依靠手工編制，編程效率低下，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)件加工的效率。因此，針對結(jié)構(gòu)件的在機檢測問題，在Edgecam軟件在機檢測程序方案的基礎(chǔ)上，研究了相關(guān)程序編制的關(guān)鍵技術(shù)。

1　關(guān)鍵技術(shù)

1.1系統(tǒng)總體規(guī)劃

結(jié)構(gòu)件在機檢測系統(tǒng)由機床數(shù)控系統(tǒng)和觸發(fā)式測頭系統(tǒng)構(gòu)成，應(yīng)用系統(tǒng)機床選擇典型的數(shù)控五坐標(biāo)銑床，數(shù)控系統(tǒng)為沈陽機床廠的I5系統(tǒng)，測頭選用?？怂箍倒镜挠|發(fā)式測頭，尾部為ISO50標(biāo)準(zhǔn)刀柄形式。測桿長度為50mm時，測量速度為480mm/min，單項重復(fù)定位精度為0.001mm，XY平面內(nèi)觸發(fā)力為[0.75-1.4]N，測桿允許超程量17.5°，Z向觸發(fā)力為4.2N，允許超程量8mm。

測量程序以機床用NC文件的形式存在，由交互式通用圖形數(shù)控編程軟件編制測量程序。Edgecam軟件是?？怂箍倒鹃_發(fā)的通用智能型數(shù)控編程軟件，客戶數(shù)量居于獨立CAM軟件的前列，其特點如下：

1)可讀取所有主流CAD軟件的模型數(shù)據(jù)，利用二次開發(fā)工具進(jìn)行特殊領(lǐng)域復(fù)雜功能的客戶化定制編程系統(tǒng)開發(fā)[3-4]；

2)具有強大的數(shù)控機床后置處理器定制功能，可以開發(fā)復(fù)雜的數(shù)控機床自動化加工編程指令；

3)具有先進(jìn)的在機檢測編程功能。

因此，在線檢測程序采用Edgecam編制。

1.2程序編制

Edgecam的數(shù)控在機檢測程序編制流程如圖1所示。

圖1　在機檢測程序編制流程

編制測量程序時，將在機測量測頭定義為標(biāo)準(zhǔn)的切削刀具，給出測頭(即刀具)的直徑即可，可以與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控車和數(shù)控銑編程操作集成，同數(shù)控車和銑的編程操作放于同一個工序中集成。

在對幾何元素進(jìn)行測量前，需要將元素分解為基本的元測量特征，而后規(guī)劃出最少的測量點，圖2為典型的元測量特征點[5-6]。

圖2　典型的元測量特征點

圖標(biāo)檢測方式含義雙點探測凸臺探測測量進(jìn)給移動安全面定位圓探測測量孔曲面探測探測單點角部測量通過四點測量轉(zhuǎn)角第四軸測量用第四軸測量曲面斜度

對于零件的復(fù)雜曲面典型結(jié)構(gòu)，必須通過將其離散成一定的點形式加以測量。常用的曲面采樣形式為均勻采樣，工程上常用平行于Z平面的平行等間距采樣方式實現(xiàn)，Edgecam中特征檢測方式如表1所示。

以外角部測量為例，設(shè)置“測量方式”為“External-TopRight”，表示從外部測量拐角，從上面進(jìn)給測頭，測頭位于零件的右補償側(cè)，“進(jìn)給速率”為“3000”，“接近平面”為“10”，“基準(zhǔn)平面”為“0”，“深度”為“-5”，“工件坐標(biāo)”為“G55”，起始位置偏移量的“X方向避讓距離”為“2”，“Y方向避讓距離”為“2”，第2個測量位置偏移量的“X方向偏移量”為“10”，“Y方向偏移量”為“10”，具體的測量參數(shù)和路線軌跡如圖3所示，其中①～(15)為測量路線段編號。

圖3　測量路線軌跡和參數(shù)

1.3測量程序后處理

測量后置處理是將CAM模塊生成的檢測操作轉(zhuǎn)化為數(shù)控機床可執(zhí)行的測量程序指令代碼的過程。Edegecam利用后置處理構(gòu)造器CodeWizard生成CDG文件，供CAM模塊調(diào)用并進(jìn)行后置處理。在CodeWizard中需要選擇機床的結(jié)構(gòu)類型和標(biāo)準(zhǔn)模板，定義機床的運動模型和幾何模型，而后進(jìn)行機床參數(shù)設(shè)置、樣式表、NC樣式表、代碼構(gòu)造器和輔助M功能等5個主要方面配置，M4測頭的主要測量指令如表2所示。

對于CYCLE系列移動指令，如果目標(biāo)移動位置和當(dāng)前移動位置相同，則需要輸出為“9999”，例如：CYCLE9814(150，9999，-5，54)代碼表示測量前的參考平面為54，測量目的點的X坐標(biāo)為150，Y坐標(biāo)保持當(dāng)前位置的Y坐標(biāo)，測量目的點的Z坐標(biāo)為-5。利用代碼構(gòu)造器內(nèi)嵌CODE語言編程實現(xiàn)如下(“;CODE:*”開頭的語言為注釋語句)：

;CODE:#USER1=#DATUM+53

;CODE:*零件上表面抬高53為測量起始面

;CODE:%IF#TRX=#FUNNY%THEN#TRX=9999

;CODE:%IF#TRY=#FUNNY%THEN#TRY=9999

;CODE:%IF#TRZ=#FUNNY%THEN#TRZ=9999

;CODE:*測量目的點分量相對當(dāng)前位置無相對位移賦值

;CODE:%IF#RADCLEAR>0 %THEN%GOTO@BOSS

;CODE:*如果為外凸臺檢測則跳轉(zhuǎn)

[測量模式開]

[刪除][程序段號]CYCLE9815([測量_FX],[測量_FY],[用戶-1])

;CODE:*輸出內(nèi)腔檢測指令

;CODE:%GOTO@JIESHU

;CODE:* 內(nèi)腔檢測指令輸出結(jié)束,跳轉(zhuǎn)到結(jié)束標(biāo)志處

;CODE:@BOSS

[刪除][程序段號]CYCLE9814([測量_FX],[測量_FY],[測量_深度],[用戶-1])

;CODE:*輸出凸臺檢測指令

;CODE:@JIESHU

;CODE:*輸出結(jié)束標(biāo)志

2　應(yīng)用實例

選擇典型的模具測試件，材料為45#，零件尺寸為150×125×60，數(shù)控加工前四周邊的尺寸已經(jīng)精加工到位，上表面的型腔加工余量為2mm，零件的加工路線和測量路線如圖4所示。

圖4　零件加工和測量路線

生成的工序瀏覽器如圖5所示，其中的刀具號“T17銑刀：91.00-T103/6-KE-M4”為在線測頭，測頭半徑為6mm，測量與操作工序無縫集成于工序“操作1”中。

圖5　工序瀏覽器

生成的數(shù)控加工檢測程序(部分)如圖6所示。從程序上分析，程序段的2～4段對應(yīng)工序瀏覽器第2工步的換刀操作；程序段的5～9段對應(yīng)工序瀏覽器第3工步的快速定位操作；8～11段對

應(yīng)工序瀏覽器第4工步的單點探測操作；12～15段對應(yīng)工序瀏覽器第5和第6工步的雙點探測操作，經(jīng)分析后生成正確程序。

實測零件的外形輪廓，要求公差為±0.2，零件由DELTA4507機械式三坐標(biāo)測量機測量，測量機精度為0.005mm/m，測量精度指標(biāo)為0.020mm,部分測量數(shù)據(jù)如表3所示。其中，X0、Y0和Z0為坐標(biāo)測量機的測量值，X1、Y1和Z1為在線測量的測量值。由結(jié)果可知，在機測試與測量機檢測結(jié)果的綜合誤差在0.02mm的范圍內(nèi)，滿足精度要求。

圖6　數(shù)控加工檢測程序

表3　測量數(shù)據(jù)

利用標(biāo)準(zhǔn)量塊在機檢測校驗，檢測10次，每次選擇不同截面位置測量10點，檢測結(jié)果如圖7所示。誤差最大為0.019，最小為0.008，平均誤差為0.013，標(biāo)準(zhǔn)差為0.004。

圖7　在線測量結(jié)果

3　結(jié)　論

結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工在機檢測技術(shù)提高了數(shù)控加工的效率，在機檢測的關(guān)鍵是符合加工機床數(shù)控系統(tǒng)的檢測程序的編程問題，必須能夠在CAM軟件中定義編程操作，而后通過后置處理生成加工用的NC代碼。

通過提出一種基于Edgecam軟件的在機檢測編程方法，研究了不同特征測量模式的數(shù)據(jù)點的采樣模式，利用后置處理構(gòu)造器的CODE語言可以定義復(fù)雜的測量操作后置處理方法，利用構(gòu)造的后置處理器可以直接生成加工用的NC程序，并通過實例驗證了該方法的可行性，提高了結(jié)構(gòu)件的加工和檢測效率，為定制開發(fā)其他復(fù)雜的數(shù)控機床在機檢測程序奠定了基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編輯張凱校對佟金鍇)

ResearchonStructuralPartOn-machineMeasurementProgramming

LITie-gang

(SchoolofMechanicalEngineering,ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136,LiaoningProvince)

Inordertoimprovethemachiningqualityandefficiencyofstructuralpartinairplane,andimplementtherapidCNCprogrammingsystem,themethodofon-machinemeasurementwasintroducedandthearchitectureofsystemwasconstructed.Firstly,theprogrammingmethodwasproposed,then,thekeytechnologyofmeasurementprogrampost-processingwasstudied.Finally,theCasestudyvalidatedtheproposedmethod,whichwasabletoimprovetheefficiencyandqualityofCNCprogrammingofstructuralpart.

On-machinemeasurement;programming;Edgecam;post-processing;structuralpart

2016-04-16

遼寧省博士啟動基金資助項目(20141096)

李鐵鋼(1973-)，男，遼寧沈陽人，副教授，碩士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.03.019

TP391

A

1673-1603(2016)03-0279-05