三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在模具數(shù)字化制造中的作用

數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)普及應(yīng)用于20世紀(jì)70-80年代。目前，模具數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)（即CAD/CAM/CAE、FMS）在我國(guó)開(kāi)始逐漸普及。

    模具數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造，是建立在模具標(biāo)準(zhǔn)化、零部件參數(shù)化和采用CNC、NC機(jī)床及制造工藝條件定量、規(guī)范化基礎(chǔ)上的現(xiàn)代化模具生產(chǎn)的主要特征。

    一般來(lái)說(shuō)，目前模具制造的操作流程應(yīng)當(dāng)包括以下內(nèi)容。

1 設(shè)計(jì)和物理模型的制造

    在這個(gè)階段，往往是設(shè)計(jì)人員根據(jù)個(gè)人的想象和構(gòu)思進(jìn)行原型的設(shè)計(jì)，并一般采用油泥塑造出滿意的形狀，在這種情況下，由于缺乏原始的設(shè)計(jì)圖樣或CAD模型，加之其形狀往往是非規(guī)則的，很難進(jìn)行下一步的加工和制造。見(jiàn)圖1。

圖1

2 物理模型重構(gòu)

    在缺乏設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的情況下，一個(gè)比較有效的方法就是利用逆向工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理模型的重構(gòu)。主要是通過(guò)測(cè)量機(jī)對(duì)第一階段設(shè)計(jì)出來(lái)的實(shí)體模型進(jìn)行表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集，并傳送到CAD系統(tǒng)中造型，經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證和修復(fù)確認(rèn)后，由CAM系統(tǒng)產(chǎn)生加工的路徑。見(jiàn)圖2。

圖2

3 模具的制造

     在產(chǎn)生加工路徑的基礎(chǔ)上，加工中心完成模具的制造，見(jiàn)圖3。

圖3

4 模具的尺寸驗(yàn)證

     在模具制造完成后，需要利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行尺寸的驗(yàn)證，以保證能夠同原始設(shè)計(jì)尺寸相吻合。

圖4

5 零件沖壓實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的批量生產(chǎn)。

6 最終檢驗(yàn) 

    利用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)完成制造工件柔性測(cè)量，為過(guò)程控制提供幫助，并產(chǎn)生測(cè)量數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)尺寸的比對(duì)。

    通過(guò)以上六個(gè)步驟，完成了模具制造的一個(gè)整個(gè)過(guò)程。見(jiàn)圖5。

圖5

在這個(gè)過(guò)程中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、尺寸驗(yàn)證和過(guò)程質(zhì)量控制方面發(fā)揮著重要作用，與之相關(guān)聯(lián)，有一系列核心技術(shù)的發(fā)展支持著模具制造過(guò)程中測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。主要體現(xiàn)在：

（1）連續(xù)掃描和光學(xué)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。

（2）逆向工程技術(shù)。

（3）CAD模型與物理模型的驗(yàn)證技術(shù)。

（4）柔性?shī)A具系統(tǒng)的應(yīng)用。

（5）輕度銑削技術(shù)。

（6）測(cè)量劃線。

（7）統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)。

    目前，為適應(yīng)模具行業(yè)的發(fā)展，�？怂箍禍y(cè)量技術(shù)（青島）有限公司不斷從主機(jī)、配套件以及軟件開(kāi)發(fā)等方面，推出適應(yīng)模具技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)品和技術(shù)，使得模具的開(kāi)發(fā)效率更高、功能更完善。根據(jù)工件的大小，我們具備全系列測(cè)量機(jī)產(chǎn)品滿足模具制造行業(yè)的要求，這體現(xiàn)在不同的測(cè)量尺寸和不同的精度需要。對(duì)于中小型尺寸，我們有GLOBAL系列滿足用戶的要求，對(duì)于大型工件，我們的水平臂和龍門(mén)系列測(cè)量機(jī)產(chǎn)品，能夠完成大型模具的高精度測(cè)量。見(jiàn)圖6。

圖6

有一點(diǎn)是相通的，這些測(cè)量機(jī)都能夠配備適合模具檢測(cè)和模具制造的測(cè)頭和軟件技術(shù)，以完成模具制造業(yè)的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集需要。如非接觸測(cè)頭的應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)拓仍然是今后發(fā)展的熱點(diǎn)，例如，如何將激光掃描測(cè)頭從單一的取點(diǎn)功能發(fā)展到幾何特征測(cè)量上；如何將視頻測(cè)頭從二維圖形測(cè)量提升到三維零件測(cè)量上；如何用觸發(fā)掃描測(cè)頭實(shí)現(xiàn)高效、高精度的反求采點(diǎn)。在這方面，意大利DEA公司走在前面，已經(jīng)有了新的產(chǎn)品。

     DEA公司的NC100是一款具有獨(dú)特技術(shù)的光學(xué)視頻測(cè)頭，采用紅外線波段工作，不受環(huán)境光源影響。使用獨(dú)有的圖像處理技術(shù)，快速捕捉工件表面特征，例如，孔、槽、縫、銷、螺柱、邊緣、臺(tái)階等。其接口設(shè)計(jì)也完全與RENISHAW的PH1OM測(cè)座兼容，實(shí)現(xiàn)了真正的三維測(cè)量。NC100視頻測(cè)頭可以對(duì)三維的物體，特別是鈑金件上的幾何特征進(jìn)行測(cè)量，在汽車工業(yè)中得到了成功的應(yīng)用。這種測(cè)頭成功地集成在在線測(cè)量機(jī)上，對(duì)一個(gè)典型的白車身整車的測(cè)量時(shí)間僅為90s左右。

     激光掃描測(cè)頭大多只能反求掃描采點(diǎn)，測(cè)量功能僅限于輪廓度分析。METRIS公司的LC50/LC100是一款典型的線掃描激光測(cè)頭，掃描帶寬50mm。目前海克斯康和DEA的測(cè)量機(jī)已成功地將該測(cè)頭集成到系統(tǒng)中，和觸發(fā)測(cè)頭一樣使用標(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)和軟件包，既可以作反求采點(diǎn)也可以作特征測(cè)量。在PC-DMIS軟件包的支持下，METRIS激光掃描測(cè)頭具有高速掃描采點(diǎn)和幾何特征測(cè)量?jī)煞N功能。它對(duì)PC10M完全兼容，可以自由旋轉(zhuǎn)，也將大大擴(kuò)展了激光掃描測(cè)頭的應(yīng)用領(lǐng)域。見(jiàn)圖7。

圖7

在反求采點(diǎn)測(cè)量方面，激光測(cè)頭雖然有效率高的優(yōu)勢(shì)，但精度偏低使其主要限制在精度要求不高或需要二次造型修飾的工件上。對(duì)于希望作高精度拷貝的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用接觸式掃描測(cè)頭仍然有不可取代的優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵是要有高性能的掃描控制系統(tǒng)。DEA公司利用SP500開(kāi)發(fā)的Digiscan系統(tǒng)，使用專門(mén)設(shè)計(jì)的掃描控制硬件，是一套非常強(qiáng)大的精密反求拷貝工具。作為一個(gè)附加選項(xiàng)，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)任意未知曲面的自動(dòng)掃描，并生成加工指令程序。如具有強(qiáng)大CAD功能的通用測(cè)量軟件PC-DMIS，使該測(cè)量機(jī)具有極為強(qiáng)大的測(cè)量功能：從簡(jiǎn)單的箱體類工件測(cè)量一直到復(fù)雜的輪廓和曲面的評(píng)定和掃描，尤其是其本身所具備的強(qiáng)大的CAD功能以及針對(duì)鈑金件的工業(yè)級(jí)解決方案，為汽車模具的長(zhǎng)度尺寸檢測(cè)和形位公差的評(píng)定提供了先進(jìn)的手段；QUINDOS軟件選項(xiàng)包除具有基本檢測(cè)功能外，還包括如：齒輪（標(biāo)準(zhǔn)和未知齒輪等）、齒輪刀具（如滾刀、拉刀、剃齒刀等）、蝸桿蝸輪、凸輪和軸、螺紋、活塞等常見(jiàn)的特殊零件的檢測(cè)和評(píng)定，這對(duì)于特殊模具零部件檢測(cè)具有很強(qiáng)的針對(duì)性。見(jiàn)圖8。

圖8

具有強(qiáng)大CAD功能的PC-DMIS軟件，專為模具設(shè)計(jì)制造開(kāi)發(fā)了豐富的測(cè)量功能。PC-DMIS CAD 軟件允許用戶采用三維CAD數(shù)據(jù)，脫機(jī)或者聯(lián)機(jī)生成工件檢測(cè)程序，同時(shí)完成圖形化工件模型和探測(cè)路徑的模擬。利用功能強(qiáng)大的PC-DMIS CAD圖形功能，能夠模擬測(cè)量運(yùn)行，從而在該測(cè)量程序下載到車間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)之前，找到并糾正測(cè)量程序錯(cuò)誤。