基于氣密檢測(cè)的工件防錯(cuò)

房東 李攀

摘 要：在零件加工過(guò)程中，存在裝夾狀態(tài)不合格（定位面夾雜鐵屑）、漏裝夾等影響因素，偶爾導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸超差，甚至撞刀事故。改造后的加工中心設(shè)備，通過(guò)氣密檢測(cè)信號(hào)與機(jī)床互聯(lián)確認(rèn)零件裝夾狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)裝夾過(guò)程設(shè)備防錯(cuò)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程安全性。

關(guān)鍵詞：加工中心;裝夾;氣密檢測(cè);信號(hào);防錯(cuò)

一、問(wèn)題描述

目前機(jī)加工零件裝夾狀態(tài)靠操作工確認(rèn)，偶發(fā)夾具定位面夾雜鐵屑、甚至漏裝夾，導(dǎo)致零件報(bào)廢甚至機(jī)床損壞。現(xiàn)擬改造機(jī)床夾具，通過(guò)氣密檢測(cè)確認(rèn)工件裝夾狀態(tài)，氣密信號(hào)與機(jī)床互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)裝夾過(guò)程的設(shè)備防錯(cuò)，提升零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由漏裝夾導(dǎo)致的工件、刀具、機(jī)床損壞頻率會(huì)降低，由夾具定位面夾雜鐵屑導(dǎo)致的零件尺寸超差頻率也會(huì)降低。

二、原因分析

雖然作業(yè)指導(dǎo)書(shū)上有要求：裝夾完工件須要檢查液壓夾具的壓力表示數(shù)是否在要求范圍內(nèi)，但是在執(zhí)行過(guò)程中不可能做到100%受控，操作者粗心就會(huì)引起撞刀事故。而細(xì)碎的鐵屑，即使操作者認(rèn)真清理，也難免有漏網(wǎng)之魚(yú)，導(dǎo)致零件的質(zhì)量下降。

三、預(yù)防方法

通過(guò)升級(jí)硬件并完善作業(yè)流程，是對(duì)工件裝夾過(guò)程進(jìn)行防錯(cuò)的有效方法。在POKA YOKE防錯(cuò)的方法和原則中，我們采用“失效-安全裝置（Fail-safe devices）”中的——互鎖順序（Interlooking sequences）防錯(cuò)方法：保證在前一個(gè)操作順利完成前，下一個(gè)操作不能開(kāi)始。

把氣密儀的輸出信號(hào)與機(jī)床交換工作臺(tái)的動(dòng)作信號(hào)關(guān)聯(lián)，只有氣密儀輸出氣密合格的結(jié)果，機(jī)床交換工作臺(tái)的準(zhǔn)備就緒按鈕才能通電工作，完成工作臺(tái)交換;如果氣密儀輸出不合格的結(jié)果，或者未檢測(cè)到氣密儀的信號(hào)輸出，則機(jī)床交換工作臺(tái)的準(zhǔn)備就緒按鈕不能通電工作，不能完成工作臺(tái)交換。

而氣密儀輸出合格結(jié)果的充分條件有兩個(gè)：①工件裝夾完成后，液壓夾具提供壓緊力后;②夾具定位面與工件之間沒(méi)有大縫隙。此二者若有其一不滿(mǎn)足，則氣密儀輸出不合格信號(hào)，工作臺(tái)不能交換。至此，我們便實(shí)現(xiàn)了互鎖防錯(cuò)過(guò)程。

四、氣密檢測(cè)工作原理

本次改進(jìn)所使用的氣密儀是從德國(guó)的LTC-101R，目前采用直壓型氣密儀檢測(cè)操作過(guò)程：對(duì)被測(cè)容腔在一定壓力條件下（具體壓力參數(shù)由生產(chǎn)線(xiàn)檢測(cè)工藝規(guī)程決定）進(jìn)行充氣、保持一定時(shí)間后，切斷被測(cè)工件和氣源的聯(lián)系并記錄下此時(shí)的壓力示值，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（數(shù)秒）后，再次讀取壓力示值并和前次記錄的壓力示值進(jìn)行比較。若被測(cè)容腔有泄漏，則兩次壓力示值有一個(gè)差值。此差值大小反映工件在檢測(cè)時(shí)間周期內(nèi)的泄漏狀態(tài)，差值越大表示工件泄漏越嚴(yán)重。只要此差值在允許范圍內(nèi)，即可認(rèn)為被測(cè)工件合格。反之，為不合格。

在參數(shù)確定之前，把氣壓值盡量調(diào)大來(lái)提高氣密檢測(cè)的準(zhǔn)確性，由于該空腔不同于完全密閉的空腔，總是會(huì)有氣體泄漏，做了多次試驗(yàn)，確定了輸入壓力。

五、實(shí)施過(guò)程

（1）整體布局

（2）氣檢定位塊

根據(jù)氣密檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，定位塊上的氣孔直徑為φ1，連接氣管接頭的螺紋為NPT 1/8螺紋。為了使熱處理之后的定位塊不出現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象，其材料選用了20Cr。

（3）夾具和氣密儀安裝調(diào)試

①用新定位塊替換舊定位塊，千分表找平夾具定位面，通過(guò)墊銅皮或者用銑刀走一圈夾具定位面的方法使夾具定位面符合要求;

②把氣管截成需要的尺寸，插入氣管接頭連接各個(gè)定位塊，連接快插接頭（公接頭）并將其固定在夾具上;

③母接頭通過(guò)氣管連接到氣密儀壓力輸出端;

⑤進(jìn)行試驗(yàn)，先堵住全部氣孔，確定無(wú)泄漏后，再裝夾零件進(jìn)行試驗(yàn)，將氣密儀參數(shù)調(diào)整到一個(gè)合適的范圍。

（4）調(diào)整氣密儀參數(shù)

通過(guò)多次試驗(yàn)，可以找到符合現(xiàn)場(chǎng)操作要求的參數(shù)，具體參數(shù)和氣密儀型號(hào)、工件材料、工件表面粗糙度相關(guān)。參數(shù)包含：1）充氣時(shí)間;2）穩(wěn)壓時(shí)間;3）測(cè)量時(shí)間;4）排氣時(shí)間;5）測(cè)試壓力;6）最大測(cè)試壓力;7）最小測(cè)試壓力;8）壓差下限;9）壓差上限;10）補(bǔ)償值;11）空腔容積;12）測(cè)試類(lèi)型。

（6）將氣密檢測(cè)信號(hào)與機(jī)床工作臺(tái)交換信號(hào)關(guān)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)互鎖防錯(cuò)

經(jīng)過(guò)線(xiàn)路改造可實(shí)現(xiàn)該功能。若氣密儀顯示檢測(cè)結(jié)果OK，信號(hào)傳遞到機(jī)床后，工作臺(tái)交換按鈕可以通電;若顯示NOK，則工作臺(tái)交換按鈕斷電，工作臺(tái)不能交換。

六、總結(jié)

在項(xiàng)目的實(shí)際的操作過(guò)程中，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)與不足：

（1）由于工件的表面相對(duì)粗糙，與夾具表面的密封性不會(huì)太好，使用過(guò)大的檢測(cè)壓力很容易發(fā)生大漏;

（2）夾具空腔容積小，充氣時(shí)間不需要太長(zhǎng)，以保證不影響生產(chǎn)節(jié)拍為宜。

（3）影響檢測(cè)結(jié)果的兩個(gè)主要因素是穩(wěn)壓時(shí)間和測(cè)量時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間越長(zhǎng)，越能反映真實(shí)情況，舉個(gè)反例，若把測(cè)量時(shí)間改為1秒，那么即使發(fā)生較大泄漏，也會(huì)因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)泄漏量太小而判定合格。

（4）改造后的加工中心設(shè)備，通過(guò)氣密檢測(cè)信號(hào)與機(jī)床互聯(lián)確認(rèn)零件裝夾狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)裝夾過(guò)程設(shè)備防錯(cuò)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程安全性。