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在線測(cè)量和智能修正技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

2018-07-31 03:20:06北京精雕科技集團(tuán)有限公司孟少鵬
關(guān)鍵詞:精雕修正刀具

北京精雕科技集團(tuán)有限公司 孟少鵬

隨著現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)零件加工要求的不斷提升,越來(lái)越多的制造企業(yè)都在向著智能化高效生產(chǎn)的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)型,而在這種高效穩(wěn)定的智能化生產(chǎn)過(guò)程中,離不開機(jī)械加工中在線測(cè)量技術(shù)的強(qiáng)力支撐。目前,這項(xiàng)技術(shù)在機(jī)械行業(yè)內(nèi)已經(jīng)逐漸被應(yīng)用到了實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中,確實(shí)幫助制造企業(yè)提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率,改善了生產(chǎn)品質(zhì),降低了生產(chǎn)成本。本篇文章主要結(jié)合北京精雕獨(dú)立研發(fā)的在線測(cè)量和智能修正技術(shù),對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及發(fā)展情況做一闡述。

一、為什么要引入在線測(cè)量和智能修正技術(shù)

智能化是現(xiàn)代信息社會(huì)工業(yè)奮斗的目標(biāo)所在,要實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn),就必須首先讓數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)智能化,要讓切削過(guò)程變得更透明,更易于控制,那么這就必須追溯到產(chǎn)品加工的品質(zhì)問(wèn)題上。在CNC加工過(guò)程中,尺寸精度是評(píng)測(cè)產(chǎn)品品質(zhì)的主要指標(biāo),造成尺寸精度不合格的因素是由于各類誤差復(fù)合作用形成的,包括:機(jī)床精度、材料變形、夾具形變、夾持變形、刀具磨損、切削工藝、人為操作、環(huán)境溫度等等,而這多方面的因素在不同的加工領(lǐng)域、不同的加工環(huán)節(jié)所起的作用是不同的,加工中的這類誤差極易形成難以控制的復(fù)合誤差,而形成的這種誤差是客觀存在的,也是難于避免的,這樣就會(huì)導(dǎo)致加工結(jié)果難以判定。

面對(duì)這樣的問(wèn)題,在一般的工藝生產(chǎn)中,就會(huì)在生產(chǎn)加工過(guò)程中間增加一些檢驗(yàn)工序,這樣不僅增加了工序環(huán)節(jié),增加了輔助成本,而且會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)流程不連續(xù),尤其在3C產(chǎn)品加工中,這種問(wèn)題更加明顯。而產(chǎn)生的這種不連續(xù)和不穩(wěn)定的問(wèn)題的關(guān)鍵原因是:在加工過(guò)程中,技術(shù)人員無(wú)法直接在機(jī)床上監(jiān)控切削過(guò)程的中間結(jié)果和最終結(jié)果,并對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)修正,只能在一個(gè)工序的結(jié)果形成后離機(jī)交給檢驗(yàn)工序去判斷,合格品才能轉(zhuǎn)入下道工序,不合格品要么報(bào)廢,要么返回本工序進(jìn)行返修。如果對(duì)于精密模具行業(yè),模具成本高昂,技術(shù)員在加工完成后真的心里沒(méi)底,只能憑借所謂的經(jīng)驗(yàn)去判定。

因此,為了解決這類問(wèn)題,“在線測(cè)量和智能修正”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這種技術(shù)把三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的部分功能集成到機(jī)床上,實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程和機(jī)內(nèi)測(cè)量的一體化。在線測(cè)量和智能修正技術(shù)不僅可以檢測(cè)加工前、加工中、加工后的幾何誤差,實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程的閉環(huán)效果,而且還可以基于這些測(cè)量結(jié)果自動(dòng)修正加工坐標(biāo)系、自動(dòng)修正切削參數(shù)、自動(dòng)修正切削軌跡、自動(dòng)修正切削用量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的智能修正,使得整個(gè)生產(chǎn)管理過(guò)程更加穩(wěn)定高效。

二、基于“在線測(cè)量和智能修正”技術(shù)的“制檢合一”應(yīng)用

在線測(cè)量和智能修正技術(shù)將加工與檢測(cè)安排在了同一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行工作,實(shí)現(xiàn)了工件的數(shù)字化采集工作,并根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析、幾何評(píng)價(jià)、工藝改進(jìn),可以說(shuō),這項(xiàng)技術(shù)是北京精雕集團(tuán)的一項(xiàng)特色的標(biāo)志性技術(shù)、一項(xiàng)標(biāo)桿技術(shù)。基于這項(xiàng)技術(shù)形成的“制檢合一”生產(chǎn)模式已經(jīng)在多個(gè)產(chǎn)品領(lǐng)域取得了重大突破,解決了多項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)難題,保證了制造企業(yè)的連續(xù)性高效穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.在線測(cè)量和智能修正技術(shù)在大批量生產(chǎn)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品批量加工中,為了提升產(chǎn)品的品質(zhì),傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式就是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不斷地增加檢驗(yàn)環(huán)節(jié),工序檢驗(yàn)的環(huán)節(jié)基本都是由人工來(lái)完成的,這種方式雖然可以提升本道工序的準(zhǔn)確性,提高整個(gè)生產(chǎn)制程的穩(wěn)定性,但是隨著產(chǎn)品要求的不斷提升,工序段數(shù)的不斷增加,這種方式暴露出來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越突出。首先,人工檢驗(yàn)就引來(lái)了人工檢驗(yàn)誤差,人工檢驗(yàn)誤差就更為隨機(jī),在生產(chǎn)線上,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化:離線測(cè)量模式自動(dòng)化程度低,很多檢測(cè)數(shù)據(jù)都是依靠質(zhì)檢人員手工錄入,而在線測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)存儲(chǔ)、自動(dòng)計(jì)算,中間不存在人工干預(yù),自動(dòng)化程度高。

(4)在線測(cè)量和智能修正技術(shù)提升了生產(chǎn)的連續(xù)性:在線測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)加工產(chǎn)品在序前、序中、序后的狀態(tài)檢測(cè),對(duì)于不合格的產(chǎn)品直接剔除,減少了人工調(diào)機(jī)的輔助時(shí)間,改善了整個(gè)產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍,提升了生產(chǎn)的連續(xù)性。把合格品誤檢、不合格品漏檢的情況屢屢發(fā)生。其次,增加過(guò)程檢驗(yàn)就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷,影響生產(chǎn)的整體連續(xù)性,而且這些增加的檢驗(yàn)工序基本都是由人工完成,這無(wú)疑又增加了人工成本。

為了提升整個(gè)產(chǎn)品批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性,改善生產(chǎn)流程的連續(xù)性,越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)選擇了在機(jī)床上增添在線測(cè)量系統(tǒng),對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管控,形成了一種全新的“制檢合一”生產(chǎn)理念。在線測(cè)量和智能修正技術(shù)在批量性產(chǎn)品加工過(guò)程中體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)主要包括以下幾點(diǎn):

(1)在線測(cè)量和智能修正技術(shù)可以提升生產(chǎn)效率:傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式工序流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多,尤其對(duì)于檢驗(yàn)環(huán)節(jié),花費(fèi)的時(shí)間就更多,從檢驗(yàn)工序上分,包括首件檢、巡檢、換刀檢等,從檢驗(yàn)流程上分,又包括上下料、工件流轉(zhuǎn)、檢驗(yàn)室排隊(duì)、離線檢驗(yàn)等,從檢驗(yàn)成本上分,包括人工成本、檢具成本、時(shí)間成本、輔料成本等等,可以看出,影響生產(chǎn)效率的因素就是一些輔助工作。增添在線測(cè)量系統(tǒng)后,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量加工一體化,所有測(cè)量工序都可以在機(jī)內(nèi)完成,加工完成后直接測(cè)量,節(jié)省了80%以上的輔助時(shí)間,同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。

(2)在線測(cè)量和智能修正技術(shù)可以保證既定工藝準(zhǔn)確執(zhí)行:傳統(tǒng)的檢驗(yàn)?zāi)J交径际且揽咳斯?lái)完成,只要是有人參與的工作,必然會(huì)存在犯錯(cuò)的機(jī)率,比如巡檢人員不能嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)的巡檢間隔去采集數(shù)據(jù),存在漏檢現(xiàn)象等等,如果出現(xiàn)漏檢尺寸,流過(guò)好幾道工序才發(fā)現(xiàn),處理起來(lái)就會(huì)非常麻煩,甚至?xí)斐梢恍┎豢赏旎氐膿p失,這就歸結(jié)為工藝執(zhí)行的嚴(yán)格度和準(zhǔn)確度問(wèn)題,反觀在線測(cè)量技術(shù),整個(gè)過(guò)程均由程序控制,能夠嚴(yán)格執(zhí)行既定的流程。

(3)在線測(cè)量和智能修正技術(shù)

2.在線測(cè)量和智能修正技術(shù)在精密模具行業(yè)的應(yīng)用

在精密模具加工行業(yè),為了使得加工出的模具尺寸合格,那么就是要對(duì)每道工序的切削余量進(jìn)行管控,余量穩(wěn)定了,加工出的產(chǎn)品質(zhì)量就穩(wěn)定了。傳統(tǒng)的模具加工方式就是無(wú)法預(yù)知CNC加工后的模具品質(zhì),只能下機(jī)進(jìn)行檢測(cè),若沒(méi)有加工到位,就只能返回CNC進(jìn)行返工。那么,在這種情況下,精雕在線測(cè)量和智能修正技術(shù)的價(jià)值就充分體現(xiàn)出來(lái)了,在加工之前,可以自動(dòng)修正加工坐標(biāo)系,在加工中,可以動(dòng)態(tài)檢測(cè)切削余量的分布,提升工藝改進(jìn)的準(zhǔn)確性,在加工后,可以檢測(cè)零件加工精度,包括尺寸精度和形位誤差,確保放心下料,從而保證加工過(guò)程的連續(xù)性與穩(wěn)定性,減少后端修模的工作量,提升一次合模的成功率。

因此,在精密模具加工方面的應(yīng)用點(diǎn)主要包括:

(1)加工面余量測(cè)量及修正:刀具磨損、讓刀變形、刀具尺寸不標(biāo)準(zhǔn)等都會(huì)造成模具加工面余量不均勻,模具分型面余量不均勻不僅會(huì)造成配模失敗,還會(huì)造成模具在鎖模力的作用下擠壓變形,影響模具使用壽命,傳統(tǒng)只能通過(guò)更換新刀反復(fù)精加工或修模。精雕在線測(cè)量和智能修正技術(shù)可以在線測(cè)量模具加工面余量,真正實(shí)現(xiàn)制檢合一,縮短模具加工周期。

(2)接刀痕測(cè)量及修正:模具型腔內(nèi)的圓角位置多數(shù)是需要加工到位的,需要進(jìn)行清根處理,但是因?yàn)閷?duì)刀具尺寸、工件加工余量、主軸熱伸長(zhǎng)無(wú)有效的管控措施,導(dǎo)致更換刀具后會(huì)出現(xiàn)接刀痕。精雕在線測(cè)量和智能修正技術(shù)可以實(shí)時(shí)測(cè)量刀具加工狀態(tài)下尺寸、刀長(zhǎng)及加工余量,從而避免接刀痕產(chǎn)生。

(3)刀具中心點(diǎn)偏移測(cè)量及管控:一般模具加工周期都比較長(zhǎng),由于振動(dòng)、溫度等因素影響,會(huì)造成加工原點(diǎn)漂移導(dǎo)致工件加工偏位,最終表現(xiàn)在產(chǎn)品上就是合模線偏位,以前沒(méi)有什么很好的辦法解決。精雕在線測(cè)量和智能修正技術(shù)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)工件加工原點(diǎn),智能補(bǔ)償加工程序,減少原點(diǎn)漂移影響。

(4)模具表面輪廓度和關(guān)鍵尺寸的測(cè)量:模具表面輪廓度和一些關(guān)鍵尺寸的管控,直接影響著模具本身的品質(zhì),以前沒(méi)有量化的管控分析手段,無(wú)法對(duì)這些關(guān)鍵尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,導(dǎo)致生產(chǎn)工藝落后,模具生產(chǎn)周期長(zhǎng),不能按時(shí)交貨。精雕在線測(cè)量和智能修正技術(shù)可以在機(jī)檢測(cè)模具的表面輪廓度和關(guān)鍵尺寸,直接對(duì)這些關(guān)鍵尺寸進(jìn)行評(píng)測(cè)分析,進(jìn)而改善工藝,穩(wěn)定生產(chǎn)。

君為臣綱由董仲舒首先明確提出,到宋代始彰顯,如閻若璩所說(shuō):“‘忠臣不事二君,貞女不更二夫’之言,直至宋代而明,一明于宋太宗責(zé)范質(zhì)以死,一明于程伊川謂‘餓死事小、失節(jié)事大’。而后為人臣、為人婦者之防始嚴(yán)。”〔26〕(卷十四,P1673)理學(xué)的理論建構(gòu)對(duì)君臣綱常的確立功不可沒(méi)。理學(xué)家們認(rèn)為臣對(duì)君應(yīng)該像婦從夫一樣,要從一而忠,所謂“忠臣不事二君,烈女不更二夫”〔27〕(卷四,P42)。

(5)基于表面余量測(cè)量方法的刀具磨損管控:有些模具加工區(qū)域非常大(一模多穴),小刀具使用多,加工時(shí)間往往也比較長(zhǎng),需要多把刀具分別進(jìn)行加工,而且不同路徑軌跡的刀具壽命也是不一樣的,傳統(tǒng)做法是定時(shí)觀察加工效果并決定是否換刀,缺少定量管控刀具壽命的依據(jù)。精雕在線測(cè)量和智能修正技術(shù)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)刀具磨損情況,定量管控刀具使用壽命。

3.在線測(cè)量和智能修正技術(shù)在五軸精密零件行業(yè)的應(yīng)用

目前,在線測(cè)量和智能修正技術(shù)已經(jīng)成為了五軸機(jī)床的標(biāo)配,通過(guò)在線測(cè)量和智能修正技術(shù),不僅可以提升五軸精密零件的加工精度,而且還可以管控五軸加工流程,讓五軸加工更加穩(wěn)定,過(guò)程更可控,該項(xiàng)技術(shù)在五軸加工方面主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面:

(1)在線測(cè)量和智能修正技術(shù)弱化了夾具的作用:夾具的作用主要包括固定和定位的作用,其實(shí)數(shù)控加工對(duì)夾具的要求,難點(diǎn)是在定位,尤其是為了保證批量生產(chǎn),工件必須要通過(guò)夾具定位面來(lái)保證裝夾精度,一些復(fù)雜零件的夾具定位部分設(shè)計(jì)都比較講究,要求比較高,制造周期長(zhǎng),那么,費(fèi)用高就是必然結(jié)果。而且夾具裝夾到機(jī)床后,還必須通過(guò)人工進(jìn)行打平、找正,這個(gè)過(guò)程也是比較費(fèi)時(shí)間的。

那么使用在線測(cè)量和智能修正技術(shù)后,夾具只需要把工件固定到機(jī)床上,測(cè)頭可以在工件上自動(dòng)探測(cè)加工基準(zhǔn)面的位置,計(jì)算出偏差數(shù)據(jù),提供給機(jī)床,機(jī)床再根據(jù)偏差值進(jìn)行自動(dòng)擺正,而且也不需要人工干預(yù)。該項(xiàng)技術(shù)基本弱化了夾具的定位作用,僅需要對(duì)其進(jìn)行粗定位即可。

(2)在線測(cè)量和智能修正技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模糊基準(zhǔn)零件的精確加工:壓鑄后的鑄件,或者經(jīng)熱處理后的零件,經(jīng)過(guò)多道工序到精雕五軸設(shè)備上做精細(xì)加工的零件,往往會(huì)出現(xiàn)基準(zhǔn)模糊、基準(zhǔn)精度傳遞損失的情況,這就需要加工時(shí)多次反復(fù)調(diào)整才能確認(rèn)基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性,這個(gè)過(guò)程以前全是通過(guò)人工來(lái)完成的,不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程很不順暢。

采用在線測(cè)量和智能修正技術(shù),可以很方便地識(shí)別工件的基準(zhǔn)表面,模擬出虛擬的基準(zhǔn)位置,再根據(jù)這個(gè)位置精銑加工出準(zhǔn)確的基準(zhǔn)位置,并以此為基準(zhǔn),完成后續(xù)的加工,整個(gè)過(guò)程完全自動(dòng)化。

三、在線測(cè)量和智能修正技術(shù)的應(yīng)用前景

通過(guò)以上幾個(gè)方面的應(yīng)用點(diǎn)來(lái)看,在線測(cè)量和智能修正技術(shù)已經(jīng)成為智能化加工必不可少的一項(xiàng)支撐技術(shù),那么,這項(xiàng)技術(shù)后期的應(yīng)用前景主要包括以下幾個(gè)特點(diǎn):

(1)通用化:即對(duì)于任意復(fù)雜曲面、復(fù)雜模型,在線測(cè)量和智能修正技術(shù)都能給出合理的工藝規(guī)劃,并按照一定的策略完成高速測(cè)量及補(bǔ)加工,確保不留死角。

(2)集成化:精雕在線測(cè)量和智能修正技術(shù)將持續(xù)完善集成化工作,將CAM軟件、數(shù)控系統(tǒng)、測(cè)量技術(shù)、精密加工等體系以一定規(guī)范、采用特定接口高度集成在一起,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。

(3)智能化:即在線測(cè)量和智能修正技術(shù)將集成各類傳感器,根據(jù)各類型的數(shù)據(jù)反饋?zhàn)龀雠袛?,并調(diào)節(jié)工藝策略,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的智能加工。

(4)高速化:高速不僅體現(xiàn)在加工效率上,更要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集及計(jì)算的效率上,要以更高的效率采集數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)測(cè)。 □

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