曲面类零件在线测量

    1 引言

    由于多种原因,数控车床用刀具刀尖圆弧半径的误差总是不可避免的,而精密加工轮廓误差基本上都是由刀尖圆弧半径误差所导致的。目前,精密加工前的轮廓工艺检测主要是以样板和三坐标测量机作为工艺检测手段。这两种方法作为工艺控制方法都有一些不足。如:样板作为工艺控制检测劳动强度较大,还必须在床下检测;三坐标作为工艺控制检测成本较高、周期较长。

    在数控车床上用测量头对工件测量与用三坐标测量机对工件测量的原理基本相同,都是采用测量头与工件接触后,把接触时的位置信息送至计算机进行计算、分析,然后得出测量数据。但所起的作用却不同,三坐标的测量数据是用来判别被测量零件合格与否的依据,是被测件形位尺寸的实际值的信息。数控车床在线测量装置测量的数据是用来反馈到加工过程,通过对测量数据的计算、分析,然后对相关的加工参数(如刀尖圆弧半径等)进行修正,从而保证一次加工合格,避免返工、返修,达到高效、优质生产的目的。

    2 在线测量系统工作原理及组成

    2.1 在线测量系统工作原理

    如图1所示,测量系统通过运行机床数控系统测量软件开始测量任务,测量软件通过数控系统控制机床X/Z轴移动,从而带动测量头触发被测量工件,测量头发射坐标点采集信号,红外信号接收器采集到测量头发射的坐标点采集信号,红外信号接收器将采集信号传送给系统控制器,系统控制器将采集信号传送给数控系统,数控系统采集当前数控机床当前X/Z轴坐标值,测量软件将采集到的X/Z轴坐标值写入测量文件,重复以上过程直至测量任务完成,最后将测量文件传送给数据处理分析软件进行数据分析和输出。

    2.2 在线测量系统组成

    在线测量系统由硬件和软件两大部分组成。硬件部分包括:数控车床(SIEMENS 810D系统)、TP6C-T型触发式红外通讯测量头、红外信号接收器SRA以及系统控制器SCA等几部分组成;软件部分包括:数控系统测量软件和数据处理分析软件等两部分组成。

    3 数控车床在线测量的关键问题及解决方法

    3.1 测头制造精度和安装精度引起误差的消除方法

    (1)误差产生原因

    在使用测量头进行在线测量时,要获得理想的精度,应使测量头的中心与车床主轴的回转中心完全一致,从而造成测量头在X方向存在偏心e1;同时测量头在Y向的偏心t将导致在进行径向测量时测出的不是直径而是弦长(如图2所示)。另外触发式测量头从某种意义上讲,只是一个重复精度很高的触发开关,为保证其工作的稳定性,测头接触工件后要再经过一段微小的距离才会发出接触信号,这段位移若不加以补偿将会带来测量误差。同时测量头发出接触信号后,要经过接口处理,然后再送到数控系统中由数控系统进行处理,这些处理过程总需要一定的时间,信号处理的延时也可能带来一定的测量误差e2(如图2所示)。