環(huán)形機匣在線測量技術研究

吳宏春　王發(fā)豪　李鵬飛　牛存可

摘 要：本文以STC五坐標加工中心為載體，通過機床新功能開發(fā)，掌握基于零件典型特征的在線測量技術，實現(xiàn)基于零件狀態(tài)的刀長自動補償技術，初步實踐了將零件實際狀態(tài)與理論編程相結合的加工技術理論，為航空發(fā)動機產(chǎn)品質量和效率提升提供了一種改善方式。

關鍵詞：STC1600五坐標；在線測量；質量提升

中圖分類號：V263 文獻標識碼：A

在航空制造業(yè)快速發(fā)展的今天，新產(chǎn)品研制的種類越來越多，企業(yè)不但追求研制進度和成本，而且更加注重以產(chǎn)品質量來贏得競爭的主動權，這一領域對加工精度和效率提出了越來越高的要求。企業(yè)多在成品檢驗和工序結束環(huán)節(jié)配備了三座標測量機進行質量控制，即離線檢測。而在機床上使用機載測頭進行在線測量，既可方便工件的裝夾找正，又可減少工件的周轉和因超差返修造成的多次裝夾時間。同時增加中間環(huán)節(jié)的質量控制手段，減少了某些特殊工裝的設計和制造，可以大大縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的一次合格率，既降低了生產(chǎn)成本，又加快了新產(chǎn)品研制的速度。根據(jù)測量結果自動生成誤差補償數(shù)據(jù)反饋到數(shù)控系統(tǒng)，保證工件的加工尺寸和精度，是提高數(shù)控機床加工精度和自動化水平的有效方法之一。

1.概述

STC五坐標加工中心是我廠新進設備，該設備為臥式擺頭五坐標加工中心，具有大回轉半徑、大扭矩、轉速高等特點。該機床配備西門子高級操作系統(tǒng)、具備高級在線測量、刀尖跟蹤、自動補償?shù)榷囗椮酱_發(fā)應用的高級功能，開發(fā)應用后能夠大大提升產(chǎn)品的加工質量。第一，保證加工與測量過程的同時進行；第二，能夠通過在線測量為實時誤差提供反饋，對不合格零件進行補償加工，保證零件加工過程中的加工精度。

1.1 設備狀態(tài)分析

（1）機內對刀模塊

對刀系統(tǒng)廠家：BLUM；對刀程序系統(tǒng)：BLUM；機內刀具測量、刀具破損監(jiān)控的激光測量系統(tǒng)，測量誤差≤0.005mm。

（2）在線測量模塊

測量系統(tǒng)廠家：Renishaw；測量程序系統(tǒng)：西門子840D；模塊功能：工件找正、工序中零件測量 ，測量誤差≤0.01mm 。

1.2在線測量指令

（1）L751：測量頭在標準孔中校準 。

（2）L761：“點”測量程序。

（3）L762：“孔”測量程序。

（4）L763：“槽”測量程序。

（5）L764：“橋形接片”測量程序 。

（6）L765：“輪轂”測量程序3.1.3西門子通用測量指令解析。

（7）L766：刀具修正，刀具零點偏移。

2.指令分析

2.1測頭校準

每當運行校準程序L751時，都重新計算有效測量頭長度“LENGTH_PROBE1”和有效的測量頭半徑“RADIUS_PROBE1”以及測量球中心相對于主軸中心X軸偏移X_Offset_P1和Y軸偏移Y_Offset_P1；這些校準結果保存在GUD中，只有當測針更換或測量頭偏轉力矩改變時才要求進行新的校準過程，校準程序中X_DRIFT與Y_DRIFT的計算用于檢驗機器熱脹偏差。

2.2 點測量

L761：AXI=3 Z向測量 ，DIR=-1 沿Z負方向移動。循環(huán)讀入起始位置，主軸定位到0度并在規(guī)定的方向上移動碰觸零件，搜索行程限定在30mm，搜索行程超過30mm測頭未碰觸到零件則返回起始位置，顯示“測頭未移動” 。

2.3 孔測量

L762：在循環(huán)啟動前測量頭必須在大約孔中心位置且測球在所希望的測量面，主軸定位到0度；通過孔的碰觸在±X方向搜索X的中心值，從找到的X中心向±Y方向碰觸孔 的到Y中心值以及在Y上的直徑，測量頭定位在孔中心并重復在±X方向的測量，確定在X上的直徑，主軸定位到180度并從孔中心向±X何±Y方向碰觸孔，計算直徑和相對180度主軸位置的中間點坐標。

2.4 槽測量

L762：在循環(huán)啟動前測量頭必須在大約孔中心位置且測球在所希望的測量面，主軸定位到0度；通過孔的碰觸在±X方向搜索X的中心值，從找到的X中心向±Y方向碰觸孔 的到Y中心值以及在Y上的直徑，測量頭定位在孔中心并重復在±X方向的測量，確定在X上的直徑，主軸定位到180度并從孔中心向±X何±Y方向碰觸孔，計算直徑和相對180度主軸位置的中間點坐標。

2.5 斜面測量

L765：存儲結果在GUD6中在可帶回轉主軸的機床上工件坐標系圍繞X軸轉動，使Z工件坐標和A軸平行；旋轉工件坐標系的零點偏移可以通過Z_W和Y_W在根據(jù)Z_W和Y_W計算工件零點。

3.功能應用

3.1 在線測量

空間尺寸的測量，機匣殼體外環(huán)凸臺平面至零件回轉中心距離尺寸的測量，徑向凸臺至中心尺寸4510-0.1（4處），將實測Z值通過R參數(shù)讀取，驗證測量程序正確性。

以往在加工的過程中要測量至中心尺寸，需要使用百分表打表檢查，先測量轉盤中心或者轉盤邊緣做為參考基準在打表測量凸臺尺寸，最后換算出零件至中心尺寸。

通過在線測量，使用在線測量點測量程序可以直接測量出至中心尺寸，提高了測量的效率，大大簡化了工人的操作難度。

3.2 刀長補償功能

通過使用在線測量功能，可以對零件加工位置的實際狀態(tài)進行測量?？梢酝ㄟ^銑刀試切后在線測量并通過指令L766將測量值直接補償至某刀具長度中，對加工過程中由于刀具磨損較大而影響零件加工尺寸的可以通過該方法及時對刀長以及刀半徑進行補償；如果零件尺寸誤差是由零件本身狀態(tài)不好所影響的，可以通過在線測量程序測量實際值并設置R參數(shù)，在將R參數(shù)帶入到實際加工程序中的加工方式，實現(xiàn)刀長補償功能，實現(xiàn)對零件局部尺寸的精確調整與加工。

問題：粗銑圓周凸臺，沿圓周19處均布，銑加工尺寸13±0.1，零件狀態(tài)不好端跳比較大，尺寸公差不易保證。

解決方法：通過在線測量分別測出19處豁口尺寸，并將相應尺寸帶入到銑加工程序中，對每一處的加工深度分別進行調整，從而保證尺寸加工公差。

結語

在航空制造業(yè)快速發(fā)展的今天，新產(chǎn)品研制的種類越來越多，企業(yè)不但追求研制進度和成本，而且更加注重以產(chǎn)品質量來贏得競爭的主動權，這一領域對加工精度和效率提出了越來越高的要求。

通過STC1600機床在線測量功能開發(fā)，掌握了基于機床的典型特征的在線測量方法，并應用在線測量對加工中的刀具進行補償，實現(xiàn)了在線測量對實際加工的反饋機制。根據(jù)測量結果自動生成誤差補償反饋到數(shù)控系統(tǒng)，保證工件尺寸精度及批量加工尺寸的一致性。在數(shù)控機床上進行在線檢測是提高數(shù)控機床自動化加工水平和保證工件加工精度的有效方法之一。

參考文獻

[1]張金晶.數(shù)控機床在線測量技術與誤差分析[J].裝備制造技術，2009（9）：82-83.

[2]馬艷玲，譚本能，胡成海，等.數(shù)控在線測量的應用與誤差分析[J].航空精密制造技術，2012， 48（4）：55-57.endprint