隨機(jī)檢測(cè)提升加工中心的制造質(zhì)量

  如何提升加工中心的制造質(zhì)量意義是很大的。而數(shù)控機(jī)床、加工中心所具備的在線檢測(cè)功能就是一種十分有效的手段，能有效地提高工件的制造質(zhì)量。

    隨著轎車制造業(yè)的生產(chǎn)模式從大批量單一品種漸漸演變成中小批量多品種，加工中心在相關(guān)企業(yè)中的應(yīng)用日趨增多，尤其是用于動(dòng)力總成系中那些復(fù)雜零件的加工，如發(fā)動(dòng)機(jī)中的缸體、缸蓋，變速器中的殼體等。鑒于這些零件不但形狀復(fù)雜、工藝要求高，一旦出現(xiàn)廢品就會(huì)造成很大損失，因此，如何提升加工中心的制造質(zhì)量意義是很大的。而隨機(jī)檢測(cè)功能的設(shè)置就是一種十分有效的手段。

隨機(jī)量?jī)x的基本組成及主要功能

1.系統(tǒng)的組成

    量?jī)x主要由接觸式測(cè)頭、信號(hào)接收器和輸出電纜(或接口裝置)組成，根據(jù)傳送信號(hào)的性質(zhì)，又分為紅外線和無(wú)線電等兩種。兩者的差別在于后一種的信號(hào)傳送能力更強(qiáng)，不但距離遠(yuǎn)，在受到物體阻擋的情況下也不受影響。圖1給出了一種典型系統(tǒng)的工作過(guò)程：接觸式測(cè)頭的檢測(cè)結(jié)果以紅外信號(hào)方式發(fā)送到安裝在加工中心內(nèi)的接收器，接收器通過(guò)輸出電纜(或經(jīng)過(guò)接口裝置)再將信號(hào)傳送到機(jī)床控制系統(tǒng)。而測(cè)頭作為紅外信號(hào)發(fā)送器，可在360°范圍內(nèi)發(fā)送信號(hào)，圖1中的接口裝置可對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將其傳送到加工中心的數(shù)控系統(tǒng)。但在多數(shù)情況下，檢測(cè)程序還是由機(jī)床廠商按實(shí)際需求編制后，根據(jù)輸入的信號(hào)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

圖1 隨機(jī)量?jī)x的基本組成

2.主要功能

    測(cè)頭就象刀具一樣，平時(shí)存放在加工中心的刀庫(kù)中，依照不同的要求，在一道加工工序之前或之后調(diào)出，再按程序執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)某種功能。概括地說(shuō)，通過(guò)隨機(jī)檢測(cè)主要可以達(dá)到以下目的：

·刀具狀態(tài)的檢測(cè)

    有別于存放在機(jī)床刀庫(kù)中的測(cè)頭，此時(shí)是利用設(shè)置在機(jī)床工作臺(tái)面上的測(cè)量裝置(測(cè)頭)，對(duì)刀庫(kù)中的刀具按事先設(shè)定的尺寸進(jìn)行對(duì)刀測(cè)量，同時(shí)也能進(jìn)行刀具破損或安裝型號(hào)正確與否的識(shí)別。

    在這種應(yīng)用場(chǎng)合，檢測(cè)信號(hào)是采用前述電纜傳送方式輸入接口裝置，或直接與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)連接。對(duì)刀測(cè)量裝置有接觸式和非接觸(光學(xué))式兩種，圖2是接觸式的一個(gè)示例。

圖2 隨機(jī)量?jī)x的對(duì)刀檢測(cè)

·確定加工狀態(tài)：工件找正、參數(shù)設(shè)定和補(bǔ)償

    所謂“找正”，是指為了保證工件的正確安裝、定位而采取的相應(yīng)措施。至于存在“不正”，則既有夾具方面的原因，也有工件自身因素的影響。無(wú)疑，加工狀態(tài)的找正是確保工件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)。另外，由于受到溫度變化和刀具磨損等漸變因素的作用，加工狀態(tài)的穩(wěn)定性也會(huì)發(fā)生改變，影響到制成品的質(zhì)量，故在必要時(shí)也需采取補(bǔ)償措施。隨機(jī)檢測(cè)在期間也發(fā)揮了重要的作用。

·工件的自動(dòng)檢測(cè)

    在一道工序完畢后，或?qū)λ�有工序都已完成后的工件進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，即直接在機(jī)床上實(shí)施對(duì)制成品的檢驗(yàn)，是隨機(jī)檢測(cè)的又一種功能。此時(shí)，相當(dāng)于把一臺(tái)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移到了機(jī)床上，顯然，這能大大減少脫機(jī)測(cè)量的輔助時(shí)間，降低質(zhì)量成本。事實(shí)上，現(xiàn)今這種在機(jī)測(cè)量功能也確已十分強(qiáng)大，除了可進(jìn)行各種幾何元素的快速檢測(cè)外，利用專門開(kāi)發(fā)的軟件還能完成脫機(jī)編程，通過(guò)在電腦中模擬，還可避免干涉、碰撞等現(xiàn)象的發(fā)生。

應(yīng)用實(shí)例

    加工中心多年前在國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)，包括汽車行業(yè)已有所應(yīng)用，但裝備隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)則還是近十年來(lái)才出現(xiàn)的現(xiàn)象。由于能顯著提高制造質(zhì)量、工作效率和降低差錯(cuò)，在企業(yè)、特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等工廠的應(yīng)用日趨增多。以下一些來(lái)自生產(chǎn)實(shí)際的示例提供了充分的說(shuō)明。

例1：溫度補(bǔ)償和刀具磨損補(bǔ)償

    10年前，某發(fā)動(dòng)機(jī)廠正在驗(yàn)收一條柔性缸蓋自動(dòng)生產(chǎn)線，在對(duì)其中二臺(tái)加工中心幾項(xiàng)關(guān)鍵線性尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)備能力評(píng)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)器能力指數(shù)都能滿足要求。但當(dāng)執(zhí)行過(guò)程能力評(píng)價(jià)時(shí)，即對(duì)延續(xù)二班或更長(zhǎng)時(shí)間的抽檢數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，就出現(xiàn)分散性較大，過(guò)程能力指數(shù)Cp.Cpk值偏低的情況。經(jīng)剖析可能引起的原因，確認(rèn)是溫度變化造成的，顯然，不采取補(bǔ)償措施就難以消除由此引起的誤差。最后，通過(guò)給機(jī)床添加了隨機(jī)檢測(cè)功能，終于徹底解決了問(wèn)題。方法是：在刀庫(kù)中配一觸發(fā)式測(cè)頭，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的頻次(如1次/10件)，如同一把刀具般地取出，打在安裝工件的夾具上的某一固定位置。由于正確地判斷出這一位置的變化與受控關(guān)鍵尺寸之間存在著線性相關(guān)，因此就可以根據(jù)測(cè)得值的變化來(lái)調(diào)整進(jìn)刀量，從而有效地實(shí)施了補(bǔ)償。

    同樣地，進(jìn)行溫度補(bǔ)償或刀具磨損補(bǔ)償也可采用另一種方法。不久前，南方一汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠為了確保加工缸蓋上平面后的尺寸精度，采取了將隨機(jī)量?jī)x的測(cè)頭打在銑削完畢后的工件表面上，按每10件1次的間隔進(jìn)行測(cè)量。若發(fā)現(xiàn)有較大偏差，即根據(jù)設(shè)定的補(bǔ)償方式自動(dòng)調(diào)整加工參量。一般來(lái)說(shuō)，受溫度變化或刀具磨損的影響而帶來(lái)的波動(dòng)呈現(xiàn)規(guī)律性，據(jù)此可確定相應(yīng)的補(bǔ)償方式。

例2：夾具找正

圖3 隨機(jī)檢測(cè)用于夾具找正

    圖3所示的加工中心擁有一個(gè)碩大的、稱為“交換器”的轉(zhuǎn)臺(tái)，在其直徑方向安裝了兩個(gè)“托盤”，其實(shí)是兩個(gè)用于裝夾工件的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可背向安裝兩個(gè)缸蓋罩殼。兩個(gè)工作臺(tái)所處位置總是對(duì)應(yīng)機(jī)床前、后部的“上下料”和“加工”工位，即當(dāng)一組工件處于加工工位被順序進(jìn)行加工時(shí)，操作工則在上下料工位從事工序完畢后的卸料和再次上料。“交換器”和“托盤”的回轉(zhuǎn)精度很高，但前者在交換兩個(gè)工作臺(tái)位置時(shí)，必須先由舉升機(jī)構(gòu)將整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)抬起，然后轉(zhuǎn)動(dòng)180°，再落入一依靠錐面匹配的定位裝置。由于工作環(huán)境惡劣，難免會(huì)有冷卻液帶入的鋁屑、雜物等粘附在定位面上，由此會(huì)造成轉(zhuǎn)臺(tái)的微量偏斜，并傳遞到工作臺(tái)（“托盤”）和其上的夾具。從圖3可見(jiàn)，被加工的缸蓋罩殼是直立裝夾的，故受偏斜帶來(lái)的影響就更大。若不對(duì)這一項(xiàng)引起誤差的因素進(jìn)行監(jiān)控，將不利于保證工件的質(zhì)量，為此，安排了隨機(jī)檢測(cè)的環(huán)節(jié)，用于夾具的找正。方法是在工作臺(tái)上夾具的上部設(shè)一基準(zhǔn)塊，當(dāng)工作臺(tái)置于機(jī)床的加工工位時(shí)，在對(duì)工件實(shí)施切削加工前，動(dòng)力頭先調(diào)出測(cè)頭，打在基準(zhǔn)塊的小平面上(見(jiàn)圖3所示)，通過(guò)與預(yù)先的設(shè)定值相比較來(lái)判斷夾具的狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)超出允許范圍的偏差時(shí)，即通知操作人員或機(jī)修人員進(jìn)行處理。

例3：工件找正

圖4 隨機(jī)檢測(cè)用于工件找正

    被加工工件是一種新穎汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的大型鋁鑄件——鏈輪罩殼，在這臺(tái)機(jī)床的眾多工序中，對(duì)其中4個(gè)孔的加工是極為重要的。圖4中，從左至右顯示了這些孔，其中第4個(gè)，也是最右側(cè)一個(gè)正所處在待測(cè)(相當(dāng)于“加工”)位置。為了確�？椎募庸べ|(zhì)量，在工藝上就必須使刀具的回轉(zhuǎn)中心與工件毛坯孔的中心保持一致。但從圖中可見(jiàn)，四個(gè)孔呈輻射、散布狀，孔徑和中心高又相差很大。在這種情況下，如果仍執(zhí)行一成不變的加工程序，那么即使是裝夾中的細(xì)微差別，或是鑄件自身的一些差異，都會(huì)影響孔的制造質(zhì)量。為此，利用機(jī)床的隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)在加工前先逐個(gè)對(duì)每個(gè)毛坯孔進(jìn)行測(cè)量。方法是通過(guò)在圓周的上下、左右共打4點(diǎn)來(lái)精確地確定孔中心的坐標(biāo)位置，據(jù)此，再有針對(duì)性地執(zhí)行各個(gè)孔的加工，顯然，經(jīng)過(guò)“工件找正”之后，各孔的制造質(zhì)量就有了充分保證。此外，在找正的同時(shí)，還可以得到鑄孔的毛坯余量，若進(jìn)一步利用變量編程，還可以實(shí)現(xiàn)毛坯余量的自動(dòng)分配，這樣就既能保證孔加工過(guò)程中切削力不會(huì)過(guò)大，以免損傷機(jī)床和刀具，又能提高刀具的耐用度，以使工作效率達(dá)到最高。

    利用隨機(jī)量?jī)x進(jìn)行機(jī)內(nèi)對(duì)刀，以及在加工前對(duì)夾具、工件實(shí)施“找正”，或在加工后通過(guò)隨機(jī)檢測(cè)進(jìn)行溫度、刀具磨損的補(bǔ)償，凡此種種，不但保證了零件的加工質(zhì)量，而且能有效地提高生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的質(zhì)量水平。