圆度误差的在机测量

　　0 引言

　　圆度误差是常见的形状误差检测项目,一般借助专用的圆度误差测量设备或者三坐标测量机进行测量。但该类检测设备的成本较高,一般企业较少购买。而同时,加工中心的应用范围越来越广。借助加工中心高精度的行走机构,通过使用机床测头并编制相应的测量软件,实现零件圆度误差的在机测量,可以降低测量成本,提高加工中心的使用效率,大大减少测量时间,而且避免多次装夹引起的误差。

　　1 在机测量系统的构建

　　如图1所示,在机测量系统是一个相对独立检测单位,带有测头系统的数控机床、计算机及通信设备构成了该系统的硬件平台;计算机辅助测量及通信软件、测量宏程序组成了测量与软件系统。

　　在机测量系统组成的关键是测头系统与加工中心的连接和信号传输。

　　测头系统主要包括测头、信号传输器、控制器接口三部分。

　　a)测头:测头是数控加工中心在线检测系统中的关键部件,直接影响着在线检测的精度。常用测头一般有触发式、扫描式和非接触式3种类型。触发式测头又分导电触发式测头和接触触发式测头两种。扫描式测头可以对工件表面连续采样,尤其适合于曲线和曲面、齿形和齿向误差的测量。导电触发式三维测头结构如图2所示,主要包括刀柄、主体、测杆、触球等几部分,具有分体结构,方便安装调整。在触球、测杆和主体、刀柄之间有一固定的约2.4V的电压差,测头装在机床主轴上时,机床工作台上的工件与测头柄部处于同一电位,若测头与工件(有导电性)表面接触,便构成回路,内部控制电路工作并产生声光提示和输出信号,从而控制机床的工作状态。为了保护测头,触球具有浮动功能,一般轴向可浮动5mm左右,径向摆角在15°左右。

　　b)信号传输器:根据触发式测头的安装条件可分为有线传输式和无线传输式两种,无线传输式又分电磁感应式、电波式和光学式3种。有线传输式是指测量触发信号通过与测头相连的电缆输入控制器接口,由于测头上安装有电缆,因此测量时主轴不允许旋转,而且给自动换刀带来不便,但其价格便宜,抗干扰能力强。电磁感应方式不能进行远距离传输,测头不必安装电池,结构简单,可靠性高。光学式又分为光缆式和红外线式两种,光学式可进行远距离传送,发信部位到收信部位的距离为10~2000m,可在大型机床上采用,但是发光部位需要防尘。电波式适合于远距离传输,但其抗干扰能力较差,所以应用的很少。本课题试验设备加工中心上采用的是有线式信号传输,为了保证测头和CNC系统之间电源的独立性,以防止发生干扰或损坏事故,在测头和控制器之间加入光电隔离器,如图3所示。