金屬機(jī)械加工機(jī)床的多用劃線盤測量技術(shù)研究

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

金屬機(jī)械加工機(jī)床多采用機(jī)械加工的方法，機(jī)械加工是指用機(jī)械能使被加工金屬的體積、外形發(fā)生等變化。對于機(jī)床調(diào)整水平面的偏移因素都會影響到金屬機(jī)械加工機(jī)床的加工結(jié)果。針對此問題的出現(xiàn)，本文研究了多用劃分盤測量技術(shù)對于加工的零件進(jìn)行了精確的測量，并在金屬機(jī)械加工機(jī)床上大規(guī)模使用[1]。目前我國機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定水平，機(jī)械制造業(yè)的需求也在不斷的提高。而機(jī)床是機(jī)械制造的必要設(shè)備，已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，在機(jī)床制造中，加工精度對于產(chǎn)品的質(zhì)量有著極為重要的影響。本文主要對精度檢測環(huán)節(jié)重點討論，利用光電測量技術(shù)提高測量校對精度，提高車床制造加工的精度。傳統(tǒng)的工藝常用補償?shù)稐U的成型刀進(jìn)行零件的加工，這樣存在著一定的尺寸精度誤差，經(jīng)常需要對機(jī)床進(jìn)行調(diào)整偏移。本文根據(jù)對金屬機(jī)械加工機(jī)床過程的研究，設(shè)計出劃線盤測量系統(tǒng)。劃線盤的結(jié)構(gòu)組成主要由底座、立柱、劃針和夾緊螺母等組成。保存了原有的加工方式和補償?shù)稐U的結(jié)構(gòu)，將原有的方法改為最簡單的由氣變成電。

1 金屬機(jī)械加工機(jī)床的整體構(gòu)造及工作方式

金屬機(jī)械加工機(jī)床由空氣壓縮機(jī)、穩(wěn)壓計讀數(shù)指令裝置、測量裝置、帶自動補充調(diào)整的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制部件組成。讀數(shù)指令裝置主要由三個區(qū)域構(gòu)成，儀器通過發(fā)出四個信號來控制金屬機(jī)械加工機(jī)床的整體運行，稱為機(jī)床的外循環(huán)系統(tǒng)。測量過程中需要從外部向被測對象施加能量，測量阻抗元件的阻抗值時，必須向阻抗元件施加以電壓，供給一定的電能，當(dāng)加工零件的尺寸遠(yuǎn)超過。測量的上限和下限時，兩個信號將為機(jī)床發(fā)出停車信號。測量裝置安裝在支架上另一端與測量零件的表面相接觸，形成雙接觸杠桿式卡規(guī)，再與穩(wěn)壓器相連，通過穩(wěn)壓器壓縮氣體而產(chǎn)生的動力帶動整個裝置的運行。通過自動調(diào)整裝置，對于零件的尺寸超出規(guī)定界限的部分用傳統(tǒng)的補償?shù)稐U裝置進(jìn)行切割。通過控制部件來控制零件尺寸切割的大小[2]。金屬機(jī)械加工機(jī)床如下圖1所示：

圖1 金屬機(jī)械加工機(jī)床

為避免機(jī)床的自動運作，需在機(jī)床上安裝指令開關(guān)，在指令開關(guān)上安裝轉(zhuǎn)換1～8檔開關(guān)。通過不同檔級的變化來控制機(jī)床切割加工零件的程度。根據(jù)零件尺寸的測量精度來及時更換補償?shù)稐U。為了金屬機(jī)械加工機(jī)床調(diào)整的需要，本文考慮了不同檔位的轉(zhuǎn)換開關(guān)對整體機(jī)床調(diào)整規(guī)范的需求，此時補充調(diào)整的脈沖通過電按鈕發(fā)出。

2 光電測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷。數(shù)控車床是一項高精度的自動化機(jī)床設(shè)備，將傳統(tǒng)的人工制造完全由機(jī)器代替運行，這設(shè)計的技術(shù)十分廣泛，而這里主要討論測量技術(shù)。傳統(tǒng)的測量技術(shù)一直是建立在原本的肉眼辨別基礎(chǔ)上，無論是利用技術(shù)擴(kuò)大肉眼辨別的精度，還是講測量的尺寸利用技術(shù)投影放大，均是如此。例如顯微裝置與輪廓投影儀，這一類測量方式存在局限性，測量的誤差難以消除，加工要求的提高使得這一類測量方式難以滿足更高的需求，提高成本極高。

（2）光電測量技術(shù)的優(yōu)勢。光電測量技術(shù)主要利用光學(xué)幾何性質(zhì)，將機(jī)床測量坐標(biāo)以光學(xué)標(biāo)記，一般標(biāo)記為十字架，將光電信號傳遞到計算機(jī)，通過計算機(jī)處理計算，極大地提高了測量精度。光學(xué)信號的敏感程度遠(yuǎn)高于肉眼，而計算機(jī)進(jìn)行精度校對處理，也極大的提高了精度校對的處理速度。隨著機(jī)械制造自動化水平的不斷提高，對制造業(yè)的加工效率要求也不斷提高，而光電測量技術(shù)，利用光學(xué)傳感器與計算機(jī)儲備提高車床加工精度，同時也可以更進(jìn)一步提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率。

3 增加光電傳感器的多用劃線盤測量技術(shù)

金屬零件的直徑精確度是各個金屬機(jī)械加工機(jī)床制造廠所關(guān)注的問題精確度高的測量儀器解決了以上的問題，大幅度提高工作效率和安全系數(shù)，提高了廠商的工作效益。機(jī)床系統(tǒng)整體如圖所示，立柱是整個測量儀器的主軸，劃針與機(jī)床一起運動，形成運動的空間體系。主軸與機(jī)床導(dǎo)軌空間平行。在測量精度上，＜500mm的零件，測量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.01mm，零件的直徑記為r。對于直徑相對來說較大的部件，以直徑較小的部件為基礎(chǔ)，利用劃線盤來測量其直徑。

零件吊裝到機(jī)床后，利用補償?shù)稐U對零件進(jìn)行切割，使激光對準(zhǔn)主軸，采用旋轉(zhuǎn)方式利用劃針進(jìn)行測量距離，求劃出圓的半徑√R2=L2-H2公式中，L—劃線釋放的長度；H—主心軸的高度(激光到主心軸的距離)；R—被測量的零件半徑(激光到加工零件的半徑)。

該方法利用了機(jī)床直線運動的特性，小直徑的對比可以快速比對出各個零件的直徑，使測量的結(jié)果更加精確，測量的速度也得到了進(jìn)一步的提升，零件旋轉(zhuǎn)帶有周期性，利用激光測量距離使機(jī)械在線加工測量技術(shù)更加精確。

激光可以直接安裝在補償?shù)稐U上，拼裝的過程不到8s,或者安裝在主心軸上，測量的時間不超過20s,最優(yōu)的測量結(jié)果達(dá)到0.02mm。

4 多用劃線盤測量技術(shù)的測量誤差和來源分析

多用劃線盤測量技術(shù)是機(jī)械加工廠常用的測量零件直徑大小所用的測量方法。它具有測量速度快、能及時調(diào)整機(jī)械運作、測量經(jīng)緯鬼角精確的特點。在工廠生產(chǎn)時對多用劃線盤測量技術(shù)進(jìn)行了研究。

圖3 多用劃線盤測量技術(shù)實踐測量情況

在實驗時通過利用新軸來確定該金屬所帶的中心位置，通過夾緊螺母來測量金屬直徑的大小，通過劃線劃出的印記來確定金屬的偏移量。通過劃線大于偏移量2mm來帶動調(diào)整裝置，使調(diào)整終止發(fā)出停車指令。從整體的做工來看，調(diào)整的脈沖是25mm，均方誤差為3mm。

（1）主軸與導(dǎo)軌不平行和角度的影響。機(jī)床導(dǎo)軌和加工零件的主軸之間形成了一個空間坐標(biāo)，主軸與導(dǎo)軌之間可能存在不平行，形成角度的大小對加工零件的影響是不相同的。若主軸不與導(dǎo)軌垂直，加工的零件易出現(xiàn)錐形;若機(jī)床的表面兒不處于平行狀態(tài)，則加工的零件已成為雙曲線回轉(zhuǎn)體。這兩者影響到加工零件的精確度，需要通過補償?shù)稐U進(jìn)行調(diào)整，此時的數(shù)據(jù)需經(jīng)過多用劃線盤測量技術(shù)進(jìn)行精確的測量。

（2）主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響。主軸是隨著機(jī)床來回運動的，具有一定的上下竄動頻率與角度擺動，對于測量產(chǎn)生了一定的誤差。主軸運動實際上是增加了L和H的值，同時增加了R的值，對直徑的測量產(chǎn)生了影響，必須設(shè)法將誤差減小，通過數(shù)據(jù)處理的方式來減小跳動帶來的影響，可以建立理想型模型，通過理想型測量數(shù)據(jù)對所測量的結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)。角度的擺動是主軸與機(jī)床水平面形成一定的傾斜角，理想的數(shù)據(jù)是在同一水平面擺動，影響到了加工零件的圓周度，對直徑的測量產(chǎn)生了一定的影響。

（3）激光過圓心的誤差。理想型的光束應(yīng)通過圓的圓心，但實際上激光束與圓心存在一定的偏差，與圓心有一定的距離。誤差會隨著被測圓直徑的增大而增大，通過的激光束會由圓形的偏差大小來決定，在已知的圓心差范圍內(nèi)?？筛鶕?jù)直徑九小的零件來確定直徑較大的零件，作為測量數(shù)據(jù)誤差部分的補償。

5 結(jié)束語

在采用多用劃線盤測量技術(shù)測量零件直徑大小中，掌握快速的多用劃線盤測量技術(shù)核心，了解劃線盤的構(gòu)造，機(jī)器需正確使用。通過增加激光設(shè)備增加零件直徑測量的精確度，使誤差減小。本文針對誤差問題做了一定的分析，誤差對測量的影響之大，與主軸回轉(zhuǎn)和與導(dǎo)軌形成的傾斜角有關(guān)，應(yīng)減小誤差采用理想模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對于多余的零件部分，采用補償?shù)稐U進(jìn)行精確的切割測量。