在線計(jì)量檢測技術(shù)在大型結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工中的應(yīng)用

王磊

摘要：目前，我國大型結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用范圍不斷增加，是現(xiàn)階段機(jī)械化零件生產(chǎn)的主要技術(shù)之一。在其生產(chǎn)過程中實(shí)際的零件質(zhì)量直接對(duì)其應(yīng)用效果產(chǎn)生影響，此時(shí)在線計(jì)量檢測技術(shù)的運(yùn)用勢在必行，成為提高現(xiàn)代大型零件生產(chǎn)質(zhì)量的必備條件，同時(shí)對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床加工的科學(xué)性及規(guī)范性有著重要約束作用，是現(xiàn)代機(jī)械零件生產(chǎn)所需應(yīng)用的重要核心檢測技術(shù)。

關(guān)鍵詞：計(jì)量檢測；技術(shù)；大型結(jié)構(gòu)件；數(shù)控加工

0引言

近年來，我國機(jī)械加工及生產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展使大型結(jié)構(gòu)件應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，成為現(xiàn)代工業(yè)及機(jī)械發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在此過程中加工零件的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)重要性愈發(fā)突出。此時(shí)便需將在線計(jì)量檢測技術(shù)有效的應(yīng)用于大型構(gòu)建的數(shù)控加工中，從而在最基礎(chǔ)上環(huán)節(jié)上對(duì)數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行有效的規(guī)范，以此提高大型零件應(yīng)用加工的實(shí)際有效性。

1研究概述

現(xiàn)階段，航空、航天及汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展對(duì)于工業(yè)加工行業(yè)發(fā)展及大型工業(yè)技術(shù)構(gòu)件生產(chǎn)均起到一定的推動(dòng)作用，成為現(xiàn)階段大型構(gòu)件生產(chǎn)與運(yùn)用的主要方向，在此過程中零件的質(zhì)量成為影響現(xiàn)代化機(jī)械產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量的關(guān)鍵所在。此時(shí)如何做好大型結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)運(yùn)用便顯得尤為重要，需根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)主要運(yùn)用方向及質(zhì)量檢測特點(diǎn)對(duì)相關(guān)測量及計(jì)量工作進(jìn)行深度優(yōu)化，并選用高新檢測技術(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)工作。隨著大型結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的逐漸廣泛及種類的逐步增多，大型結(jié)構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量問題愈發(fā)嚴(yán)重，此時(shí)在線計(jì)量檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為大型結(jié)構(gòu)件檢測的主要技術(shù)種類-，同時(shí)對(duì)于提高檢測技術(shù)水平及保障構(gòu)件檢測質(zhì)量有著重要意義。在線計(jì)量檢測技術(shù)與傳統(tǒng)檢測技術(shù)有著本質(zhì)上的差異，在線檢測技術(shù)對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測信息的掌握更為相信，同時(shí)能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中所存在的技術(shù)故障，對(duì)于有效地解決大型結(jié)構(gòu)件加工及運(yùn)用問題有著重要作用。受設(shè)備特殊性影響，部分地區(qū)對(duì)于特殊設(shè)備的檢測僅停留在手工檢測階段，該檢測方法不僅降低了實(shí)際檢測效率，同時(shí)也難以保證其檢測準(zhǔn)確性，而在線計(jì)量檢測技術(shù)則從根本上解決了該問題，使零件質(zhì)量檢測工作的進(jìn)行能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到事半功倍的實(shí)際效果。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

數(shù)控加工在線計(jì)量檢測系統(tǒng)主要包括數(shù)控機(jī)床自身、測頭系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)以及測量軟件等。其中，測頭系統(tǒng)由觸發(fā)式測頭、測頭信號(hào)接收器以及接口電路等組成，并與數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)配套使用實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)的觸發(fā)功能。測量軟件由基本宏程序庫和高級(jí)軟件兩部分組成?；竞瓿绦驇熘苯影惭b在數(shù)控系統(tǒng)上，與測頭系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)自身組成一個(gè)閉環(huán)反饋控制，可以實(shí)現(xiàn)便攜式采點(diǎn)、直徑、距離等基本參數(shù)的測量。高級(jí)軟件則安裝在計(jì)算機(jī)上，它基于待測件的三維實(shí)體模型，根據(jù)被測件關(guān)鍵特征的測試需求自動(dòng)進(jìn)行測量路徑規(guī)劃和仿真，并根據(jù)所采用的數(shù)控系統(tǒng)的型號(hào)自動(dòng)生成測量后置處理程序，該程序通過數(shù)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的接口通信下載到數(shù)控系統(tǒng)中，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的在線計(jì)量檢測。

3在線測量系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

在線測量系統(tǒng)主要用于對(duì)于數(shù)控機(jī)床設(shè)備測量工作，以便于確保其能夠按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)階段主要的系統(tǒng)以西門子、發(fā)那科及海德漢等系統(tǒng)為主。文章主要針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分析，其主要的加工系統(tǒng)采用意大利藍(lán)寶石五軸加工中心及西門子840 D系統(tǒng)為主。根據(jù)調(diào)試要求及測量要求的不同，主要將測量及調(diào)試過程分為3個(gè)步驟。

3.1測頭安裝

測頭安裝是系統(tǒng)調(diào)試的基礎(chǔ)流程，需根據(jù)無線電出發(fā)設(shè)備選用專用刀柄將其安置于機(jī)床主軸中，而后通過調(diào)整側(cè)頭測針來將其保持在合理的跳動(dòng)范圍內(nèi)，其實(shí)際的跳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以5岫為宜。在實(shí)際的安裝過程中，應(yīng)注意選用測頭專用的調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)按鈕進(jìn)行實(shí)際的測頭調(diào)節(jié)，以便于提高實(shí)際的運(yùn)行及調(diào)試效果。

3.2無線電信號(hào)接收器調(diào)試

無線電信號(hào)接受器的調(diào)試需按照電纜適配器模塊及電纜分配器進(jìn)行安裝作業(yè)，并根據(jù)接口的使用標(biāo)準(zhǔn)在外圍接口處安裝X121接頭。在接頭安裝過程中，可將X5/X10作為測量接口，以此提高無線電信號(hào)接受雙倍的實(shí)際接受效果。不同的接收器其接口連接的選擇均有著一定的差異，在接口連接過程中，無論x5或x10接口，均應(yīng)將其接入24 v電壓設(shè)備，從而完成接收器的安裝及調(diào)試工作。

3.3測頭與接收器間通信

在設(shè)備接通后，為保證其能夠按照預(yù)期要求進(jìn)行計(jì)量檢測，需將設(shè)備信號(hào)接收甬道調(diào)試為11頻道。并使其與測頭甬道保持一致。在CNC系統(tǒng)的設(shè)置方面。需首先將PLCStaus系統(tǒng)作為基礎(chǔ)設(shè)置系統(tǒng)，同時(shí)在其內(nèi)部輸入DB10.DBX107.0的系統(tǒng)信息，以便于其能夠根據(jù)系統(tǒng)指令進(jìn)行運(yùn)行。而后將測頭激活按鈕激活，并及時(shí)地觸碰測針。如在實(shí)際的數(shù)據(jù)設(shè)置過程中，DB10.DBX107.0輸入信息基礎(chǔ)值由原始的0變?yōu)?則可判斷此時(shí)系統(tǒng)可進(jìn)行信號(hào)接收，并能夠根據(jù)測頭觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的處理。系統(tǒng)的運(yùn)行能夠有效地記錄運(yùn)行信息，若實(shí)際的坐標(biāo)值與測試數(shù)據(jù)相符，則可判斷為機(jī)床及測頭連通，此時(shí)便可進(jìn)行下一階段的調(diào)試工作。

4系統(tǒng)精度測試

系統(tǒng)精度測試主要對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際測試效果進(jìn)行規(guī)范，從而使測試能夠根據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相符，以此達(dá)到預(yù)期數(shù)據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)。該環(huán)節(jié)的主要目的在于保證測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確，以便于使其達(dá)到最佳的測試效果。

4.1測試方法

測試方法的選擇不容忽視，是現(xiàn)階段測試工作開展的重要基礎(chǔ)。本文主要針對(duì)機(jī)床設(shè)備進(jìn)行檢測，所以均選用常規(guī)測量方法進(jìn)行測試計(jì)量工作。在該方法應(yīng)用過程中，需首先選擇標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的測試，通過所加裝的在線測試設(shè)備來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件及設(shè)備的檢測，而后按照測量數(shù)據(jù)及坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行二次測量工作，最后根據(jù)多次測量的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，通過分析來找出設(shè)備運(yùn)行及加工所存在的問題。數(shù)控加工在線計(jì)量檢測系統(tǒng)示意如圖1所示。

4.2測試實(shí)驗(yàn)

對(duì)42個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，測量的特征包括點(diǎn)、直線、平面、曲面、圓孔。根據(jù)要測量的點(diǎn)，測量軟件自動(dòng)規(guī)劃出測量的路徑并校驗(yàn)所選擇的測量點(diǎn)是否合理。不合理的點(diǎn)將被剔除，路徑規(guī)劃完畢后軟件生成測量程序。將程序傳輸給機(jī)床，機(jī)床執(zhí)行測量程序，測量完成后生成測量數(shù)據(jù)結(jié)果。為驗(yàn)證測量數(shù)據(jù)結(jié)果的合理性，將標(biāo)準(zhǔn)件移至坐標(biāo)測量機(jī)上對(duì)相同點(diǎn)進(jìn)行測量也生成一組測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)表1的實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在線計(jì)量檢測系統(tǒng)根據(jù)不同的檢測方向?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行全方位檢測，在坐標(biāo)檢測機(jī)對(duì)比的檢測數(shù)據(jù)中，能夠明顯看出實(shí)際的檢測誤差，雖誤差存在數(shù)量相對(duì)較多，但其數(shù)據(jù)檢測誤差始終保持在0.03 mm范圍，因此該設(shè)備在實(shí)際的檢測過程中數(shù)據(jù)誤差相對(duì)較低，使其準(zhǔn)確性能夠得到有效的保障。該系統(tǒng)由于主要依附于機(jī)床運(yùn)行檢測，所以在機(jī)床的運(yùn)行過程中難免對(duì)設(shè)備運(yùn)行及檢測產(chǎn)生影響，因而根據(jù)實(shí)際的檢測信息，可將環(huán)境影響因素刨除在數(shù)據(jù)檢測誤差之外，這便能夠直接地看出不同等級(jí)的在線計(jì)量檢測其實(shí)際的誤差范圍均能夠處于合理范圍內(nèi)。在數(shù)據(jù)比對(duì)分析中，在線計(jì)量檢測設(shè)備結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，同時(shí)檢測效率明顯優(yōu)于坐標(biāo)檢測機(jī)，因此就綜合性能而言，在線計(jì)量檢測技術(shù)在對(duì)于數(shù)控機(jī)床設(shè)備檢測中始終能夠保持相對(duì)較高的精度。

5結(jié)語

在線計(jì)量檢測技術(shù)運(yùn)用對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工質(zhì)量控制有著重要作用，是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)備檢測的主要應(yīng)用技術(shù)之_。不同的數(shù)控設(shè)備其實(shí)際的檢測要求均有著一定的差異，所以在進(jìn)行在線計(jì)量檢測技術(shù)運(yùn)用過程中，需按照機(jī)床設(shè)備種類及數(shù)控機(jī)床加工應(yīng)用方向做好檢測技術(shù)應(yīng)用規(guī)劃，以便于確保該技術(shù)能夠切實(shí)地在規(guī)范數(shù)控加工標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)揮實(shí)際的重要作用。