周智人 王重慶 張威

摘 要：本項(xiàng)目在不改變?cè)瓩C(jī)床結(jié)構(gòu)的情況下，只需增加價(jià)格不高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的光電檢測(cè)環(huán)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)功能。在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單可行、經(jīng)濟(jì)上投資少，將數(shù)控機(jī)床的高加工精度和高位移精度有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工、檢測(cè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，在大大提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率的同時(shí)，減少對(duì)勞動(dòng)力的需求，節(jié)約生產(chǎn)成本。而且隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，數(shù)控機(jī)床精度不斷提高，檢測(cè)精度也將隨之提高，此項(xiàng)目開發(fā)后將應(yīng)用到柔性制造系統(tǒng)中，在很大程度上可代替三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，縮短產(chǎn)品檢測(cè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的時(shí)間，在生產(chǎn)過程中隨時(shí)檢測(cè)，操作方便，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：光電檢測(cè)裝置;數(shù)控系統(tǒng);柔性制造系統(tǒng);遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TG547 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.03.001

隨著科技的發(fā)展和制造工藝的進(jìn)步，以及消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品多樣化需求的增長(zhǎng)，企業(yè)為了能夠在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中得以生存和發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模已由過去的單一品種大批量生產(chǎn)向多品種小批量的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，而高效柔性的數(shù)控機(jī)床能夠很好地滿足這種多品種變批量生產(chǎn)方式的要求。數(shù)控技術(shù)極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、虛擬制造系統(tǒng)和敏捷制造的發(fā)展，并為綠色加工打下了基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床正逐漸成為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造的首選設(shè)備。

另一方面，現(xiàn)代加工中，產(chǎn)品的質(zhì)量控制和質(zhì)量管理也是企業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。本項(xiàng)目在柔性制造系統(tǒng)數(shù)控銑床零件加工過程中加入了零件檢測(cè)環(huán)節(jié)，通過該系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)零件的加工、檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)零件的加工件數(shù)、合格件數(shù)及廢品率等有關(guān)生產(chǎn)管理信息。

在本項(xiàng)目研究前期的工作中，指導(dǎo)教師一直從事數(shù)控機(jī)床的研究及指導(dǎo)學(xué)生實(shí)訓(xùn)工作，同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床硬件及操作系統(tǒng)方面進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，這為本項(xiàng)目研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和完備的試驗(yàn)條件。

項(xiàng)目組調(diào)研、了解、收集國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究，征求有關(guān)專家的意見，提出了基于數(shù)控銑床加工過程實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的研究目標(biāo)。

1 工藝系統(tǒng)精度誤差分析及對(duì)銑削加工影響

銑削加工的工藝系統(tǒng)，在自身制造質(zhì)量和不同切削條件下，都會(huì)產(chǎn)生誤差，其中，銑床本身的幾何精度誤差是產(chǎn)生誤差的主要根源，其次是銑刀誤差、夾具誤差、測(cè)量誤差、回轉(zhuǎn)部位的調(diào)整誤差以及銑床附件誤差等。銑削中，這些誤差都會(huì)直接反映到被切削表面上去，也正是由于工藝系統(tǒng)存在著各種原始誤差，才使得工件銑削表面的尺寸、形狀和位置發(fā)生變化，導(dǎo)致加工誤差的產(chǎn)生。誤差主要分為工藝系統(tǒng)的誤差和銑床精度誤差兩類。

2 實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)

保證零件的加工質(zhì)量是切削加工中最重要的任務(wù)之一。經(jīng)過上面對(duì)工藝系統(tǒng)加工過程各種誤差及其影響的分析，現(xiàn)在我們有針對(duì)性地提出具有可行性方案。

由于本項(xiàng)目是機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域相結(jié)合的一項(xiàng)研究，需要設(shè)計(jì)、加工光電檢測(cè)裝置并安裝到數(shù)控銑床上，并將檢測(cè)結(jié)果顯示到操作面板上以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路主要有以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)并制作光電檢測(cè)裝置，用于零件檢測(cè);

（2）檢測(cè)過程與數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)，并將檢測(cè)結(jié)果顯示到數(shù)控銑床操作面板上;

（3）通過PMC將檢測(cè)過程與數(shù)控系統(tǒng)鏈接。

擬解決的關(guān)鍵問題為：怎樣使檢測(cè)裝置達(dá)到較高精度。

3 實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

3.1 光電檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)制作一個(gè)光電檢測(cè)裝置如圖1所示，將其裝夾到刀柄并安裝到數(shù)控銑床主軸上，從而形成一個(gè)尺寸檢測(cè)系統(tǒng)，如圖2所示。

光電檢測(cè)裝置原理：光電檢測(cè)裝置擁有獨(dú)立電源，柄部與測(cè)量頭用絕緣體斷開，中間安裝一個(gè)發(fā)光發(fā)聲器，當(dāng)檢測(cè)頭接觸金屬工件時(shí)形成回路，發(fā)光發(fā)聲器發(fā)光報(bào)警。

3.2 光電檢測(cè)裝置的初步試驗(yàn)以及數(shù)據(jù)的測(cè)量及采集

（1）將機(jī)床調(diào)到手輪狀態(tài)，通過手輪調(diào)整，將檢測(cè)頭接近工件左側(cè)，觀察快要接近工件時(shí)，將手輪調(diào)到微調(diào)，直至光電檢測(cè)裝置發(fā)光為止，這時(shí)將X尺寸歸零，即 X相對(duì)坐標(biāo)為0000。

（2）調(diào)整手輪，檢測(cè)頭接近工件右側(cè)，直至指示燈發(fā)光為止，即X相對(duì)坐標(biāo)為測(cè)量結(jié)果。

測(cè)量結(jié)束系統(tǒng)自動(dòng)采集當(dāng)前X坐標(biāo)，并減去測(cè)量頭直徑D，即為工件實(shí)際尺寸，然后進(jìn)行運(yùn)算并判斷工件是否合格以及能否再次加工。

3.3 檢測(cè)結(jié)果

通過PMC程序，檢測(cè)結(jié)果顯示到操作面板上，如圖3所示。

4 產(chǎn)品實(shí)用性分析

該產(chǎn)品可用于單件小批量生產(chǎn)及首件試切的檢測(cè)環(huán)節(jié)，可避免量具手動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)生的誤差，在不卸載工件的情況下檢測(cè)，又避免了二次裝夾產(chǎn)生的裝夾及定位誤差，可在X、Y、Z三個(gè)方向?qū)ぜM(jìn)行精密檢測(cè)。在大批量生產(chǎn)中也可以作為零件定期檢測(cè)環(huán)節(jié)，由于刀具磨損或刀尖積削瘤等情況的產(chǎn)生，使工件尺寸發(fā)生變化，通過檢測(cè)可以判斷出零件是否合格，如有問題及時(shí)調(diào)整，通過改變刀補(bǔ)、磨耗、更換刀具等方式，進(jìn)行補(bǔ)救，可減少工件的廢品率。避免在批量生產(chǎn)中，由于上述問題的出現(xiàn)，導(dǎo)致大量廢品的產(chǎn)生。對(duì)于大型零件的檢測(cè)，也可將其應(yīng)用到數(shù)控龍門銑床上，更能節(jié)省量具成本。

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