在線測量技術(shù)在曲軸孔加工中的應(yīng)用

摘 要：曲軸作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件之一，其最優(yōu)化加工方法一直是汽車制造領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。當(dāng)前，無論是球墨鑄鐵還是鍛鋼材料的曲軸，所加工的主要部位均是主軸頸、連桿頸、止推面及大小頭。而大小頭兩側(cè)中心孔的加工質(zhì)量，則是這些重點(diǎn)工序加工的基礎(chǔ)及前提。本文重點(diǎn)研究了利用臥式加工中心加工兩側(cè)基準(zhǔn)孔的方法，提出了利用在線測量技術(shù)提高中心孔加工位置精度的加工思路。對于提高曲軸整體加工質(zhì)量及加工工序的合理化安排起到了一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：曲軸加工；RENISHAW；探針測量

中圖分類號： TH162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）31-165-2

0 引言

在曲軸兩端面孔的加工過程中，本工序的定位基準(zhǔn)是通過V型塊定位方式確定的曲軸中心線，在后續(xù)工序中基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓛蓚?cè)中心孔確定的中心連線，可以說基準(zhǔn)線的構(gòu)成方式發(fā)生了改變。由于在后續(xù)加工中采用磨床加工曲軸頸及連桿頸等部位，加工精度較高。所以本工序的中心孔的位置度要求是比較高的，而采用在線測量技術(shù)則可以保證這種較高的精度要求，以下重點(diǎn)介紹這種探針在線測量與位置補(bǔ)償在加工中心上的應(yīng)用技術(shù)。

1 概述

對于曲軸兩端中心孔的精加工工序，本公司發(fā)動(dòng)機(jī)車間曲軸線采用西班牙設(shè)備商ETXE-TAR公司研發(fā)的ET-H130型臥式加工中心。該設(shè)備采用SIEMENS840DSL數(shù)控操作系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)為三直線軸加一B軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有雙夾具夾緊機(jī)構(gòu)，一次裝夾可同時(shí)加工完成兩件曲軸產(chǎn)品（如圖1）。

2 曲軸兩側(cè)中心孔的工藝分析

根據(jù)曲軸工藝圖紙分析（如圖2），最終尺寸法蘭側(cè)Φ14-Φ20孔的圓跳動(dòng)公差為0.025，雖然小頭側(cè)Φ15孔的位置度公差為0.5，但其外圓面與中心線間的跳動(dòng)公差為0.03。由于后序?qū)深^側(cè)外圓面的精加工均以兩側(cè)中心孔為定位基準(zhǔn)，所以本道工序?qū)深^的孔加工的位置度要求是極高的（如圖3）。

在本案例機(jī)床加工過程中發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)床結(jié)構(gòu)的一些原因（托盤式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)），開機(jī)后潤滑油需要一個(gè)升溫過程，這樣就導(dǎo)致了Y方向（豎直方向）波動(dòng)較大，在此期間加工的工件跳動(dòng)尺寸超差。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，記錄跟蹤數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過一段長時(shí)間的熱機(jī)后雖會(huì)有所好轉(zhuǎn)，但尺寸依然不夠穩(wěn)定，而且產(chǎn)量要求較緊張，沒有多余的長時(shí)間熱機(jī)條件，遂決定采用探針在線測量補(bǔ)償?shù)姆椒ń鉀Q此問題。

3 探針在線測量補(bǔ)償應(yīng)用

選用英國RENISHAW公司的RMP60型探針（如圖3），該探針采用無線電跳頻（FHSS）技術(shù)，工作頻帶2.4GHz，信號傳輸不受干擾，可以在同一車間內(nèi)同時(shí)使用多套系統(tǒng)，適合大中型加工中心及五軸機(jī)床。根據(jù)應(yīng)用手冊將其發(fā)射器、接收器安裝在機(jī)床內(nèi)（如圖4）并進(jìn)行配對。

探針安裝配對完成后，將夾具測量面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?、打磨出光亮面（如圖5）。編制測量用NC程序，程序由校準(zhǔn)及正常測量兩部分組成。配合二次開發(fā)的探針測量界面（如圖6），可以實(shí)現(xiàn)按規(guī)定頻次進(jìn)行測量補(bǔ)償、開啟關(guān)閉測量補(bǔ)償、探針校準(zhǔn)等功能。

4 探針測量程序簡介

探針測量程序的編制綜合運(yùn)用了R參數(shù)、PLC/NC交互信號、系統(tǒng)變量、探針測量指令等編程方法。

首先通過示教的方式（利用機(jī)床手輪或HT8）找到探針要觸碰的X/Y/Z測量點(diǎn)，記錄下接近位置的機(jī)械坐標(biāo)值，本項(xiàng)目將其命名為X_MEASURE_AV[1]，Y_MEASURE_AV[1]，Z_MEASURE_FLAN-GE_AV[1]，測量終點(diǎn)位置X_ MEASURE_F LANGE_EV[1]，Y_MEASURE_FLANGE_EV[1]， Z_MEA SURE_FLANGE_EV[1]在測量之前使探針以G0速度快速接近此位置Z_MEASURE_FLANGE_AV[1]（以Z向測量為例）。

應(yīng)用探針測量指令MEAS=1激活探針，此時(shí)應(yīng)用G01工進(jìn)指令使Z軸前進(jìn)至Z_MEASURE_FLAN-GE_EV[1]。將此過程的跳躍信號存儲(chǔ)到系統(tǒng)變量$AA_MW[Z]中，利用中間變量R將其存儲(chǔ)，并與夾具標(biāo)準(zhǔn)條件（熱機(jī)完成機(jī)床溫度穩(wěn)定）下的位置做比對，得出差值作為機(jī)床的補(bǔ)償量。最好通過不同的NC/PLC交互變量，例如$A_IN[37]，生成判斷條件，用于在不同工況下激活或結(jié)束補(bǔ)償功能。

5 結(jié)束語

從上面的介紹可知，對于加工精度要求較高的工序，可以合理利用多種手段達(dá)到精度要求，利用在線測量等先進(jìn)的技術(shù)，能夠?qū)C(jī)床的非穩(wěn)態(tài)加工予以改善和糾正。不過運(yùn)用探針進(jìn)行在線補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，也要考慮到節(jié)拍的要求，盡量減少不必要的頻繁測量、補(bǔ)償，合理設(shè)定在線補(bǔ)償頻次，對于探針的周期性校準(zhǔn)及保養(yǎng)問題也要有全方位的考慮，保證探針補(bǔ)償值的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 常百.UG NX6.0中文版數(shù)控加工基礎(chǔ)入門與范例精通[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[2] 孫彥廣.工業(yè)智能控制技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[3] 王俊普.智能控制[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996.