隨機檢測提升加工中心的制造質量

  如何提升加工中心的制造質量意義是很大的。而數(shù)控機床、加工中心所具備的在線檢測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，加工中心在相關企業(yè)中的應用日趨增多，尤其是用于動力總成系中那些復雜零件的加工，如發(fā)動機中的缸體、缸蓋，變速器中的殼體等。鑒于這些零件不但形狀復雜、工藝要求高，一旦出現(xiàn)廢品就會造成很大損失，因此，如何提升加工中心的制造質量意義是很大的。而隨機檢測功能的設置就是一種十分有效的手段。

隨機量儀的基本組成及主要功能

1.系統(tǒng)的組成

    量儀主要由接觸式測頭、信號接收器和輸出電纜(或接口裝置)組成，根據(jù)傳送信號的性質，又分為紅外線和無線電等兩種。兩者的差別在于后一種的信號傳送能力更強，不但距離遠，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)的工作過程：接觸式測頭的檢測結果以紅外信號方式發(fā)送到安裝在加工中心內(nèi)的接收器，接收器通過輸出電纜(或經(jīng)過接口裝置)再將信號傳送到機床控制系統(tǒng)。而測頭作為紅外信號發(fā)送器，可在360°范圍內(nèi)發(fā)送信號，圖1中的接口裝置可對信號數(shù)據(jù)進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，檢測程序還是由機床廠商按實際需求編制后，根據(jù)輸入的信號實現(xiàn)相應的功能。

圖1 隨機量儀的基本組成

2.主要功能

    測頭就象刀具一樣，平時存放在加工中心的刀庫中，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)行自動檢測，從而實現(xiàn)某種功能。概括地說，通過隨機檢測主要可以達到以下目的：

·刀具狀態(tài)的檢測

    有別于存放在機床刀庫中的測頭，此時是利用設置在機床工作臺面上的測量裝置(測頭)，對刀庫中的刀具按事先設定的尺寸進行對刀測量，同時也能進行刀具破損或安裝型號正確與否的識別。

    在這種應用場合，檢測信號是采用前述電纜傳送方式輸入接口裝置，或直接與機床數(shù)控系統(tǒng)連接。對刀測量裝置有接觸式和非接觸(光學)式兩種，圖2是接觸式的一個示例。

圖2 隨機量儀的對刀檢測

·確定加工狀態(tài)：工件找正、參數(shù)設定和補償

    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。無疑，加工狀態(tài)的找正是確保工件加工質量的基礎。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)定性也會發(fā)生改變，影響到制成品的質量，故在必要時也需采取補償措施。隨機檢測在期間也發(fā)揮了重要的作用。

·工件的自動檢測

    在一道工序完畢后，或對所有工序都已完成后的工件進行自動測量，即直接在機床上實施對制成品的檢驗，是隨機檢測的又一種功能。此時，相當于把一臺坐標測量機移到了機床上，顯然，這能大大減少脫機測量的輔助時間，降低質量成本。事實上，現(xiàn)今這種在機測量功能也確已十分強大，除了可進行各種幾何元素的快速檢測外，利用專門開發(fā)的軟件還能完成脫機編程，通過在電腦中模擬，還可避免干涉、碰撞等現(xiàn)象的發(fā)生。

應用實例

    加工中心多年前在國內(nèi)機械制造業(yè)，包括汽車行業(yè)已有所應用，但裝備隨機檢測系統(tǒng)則還是近十年來才出現(xiàn)的現(xiàn)象。由于能顯著提高制造質量、工作效率和降低差錯，在企業(yè)、特別是汽車發(fā)動機、變速器等工廠的應用日趨增多。以下一些來自生產(chǎn)實際的示例提供了充分的說明。

例1：溫度補償和刀具磨損補償

    10年前，某發(fā)動機廠正在驗收一條柔性缸蓋自動生產(chǎn)線，在對其中二臺加工中心幾項關鍵線性尺寸參數(shù)進行設備能力評定時，發(fā)現(xiàn)機器能力指數(shù)都能滿足要求。但當執(zhí)行過程能力評價時，即對延續(xù)二班或更長時間的抽檢數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析時，就出現(xiàn)分散性較大，過程能力指數(shù)Cp.Cpk值偏低的情況。經(jīng)剖析可能引起的原因，確認是溫度變化造成的，顯然，不采取補償措施就難以消除由此引起的誤差。最后，通過給機床添加了隨機檢測功能，終于徹底解決了問題。方法是：在刀庫中配一觸發(fā)式測頭，根據(jù)預先設定的頻次(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鍵尺寸之間存在著線性相關，因此就可以根據(jù)測得值的變化來調(diào)整進刀量，從而有效地實施了補償。

    同樣地，進行溫度補償或刀具磨損補償也可采用另一種方法。不久前，南方一汽車發(fā)動機廠為了確保加工缸蓋上平面后的尺寸精度，采取了將隨機量儀的測頭打在銑削完畢后的工件表面上，按每10件1次的間隔進行測量。若發(fā)現(xiàn)有較大偏差，即根據(jù)設定的補償方式自動調(diào)整加工參量。一般來說，受溫度變化或刀具磨損的影響而帶來的波動呈現(xiàn)規(guī)律性，據(jù)此可確定相應的補償方式。

例2：夾具找正

圖3 隨機檢測用于夾具找正

    圖3所示的加工中心擁有一個碩大的、稱為“交換器”的轉臺，在其直徑方向安裝了兩個“托盤”，其實是兩個用于裝夾工件的回轉工作臺，可背向安裝兩個缸蓋罩殼。兩個工作臺所處位置總是對應機床前、后部的“上下料”和“加工”工位，即當一組工件處于加工工位被順序進行加工時，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”的回轉精度很高，但前者在交換兩個工作臺位置時，必須先由舉升機構將整個轉臺抬起，然后轉動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，難免會有冷卻液帶入的鋁屑、雜物等粘附在定位面上，由此會造成轉臺的微量偏斜，并傳遞到工作臺（“托盤”）和其上的夾具。從圖3可見，被加工的缸蓋罩殼是直立裝夾的，故受偏斜帶來的影響就更大。若不對這一項引起誤差的因素進行監(jiān)控，將不利于保證工件的質量，為此，安排了隨機檢測的環(huán)節(jié)，用于夾具的找正。方法是在工作臺上夾具的上部設一基準塊，當工作臺置于機床的加工工位時，在對工件實施切削加工前，動力頭先調(diào)出測頭，打在基準塊的小平面上(見圖3所示)，通過與預先的設定值相比較來判斷夾具的狀態(tài)，當出現(xiàn)超出允許范圍的偏差時，即通知操作人員或機修人員進行處理。

例3：工件找正

圖4 隨機檢測用于工件找正

    被加工工件是一種新穎汽車發(fā)動機上的大型鋁鑄件——鏈輪罩殼，在這臺機床的眾多工序中，對其中4個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，也是最右側一個正所處在待測(相當于“加工”)位置。為了確�？椎募庸べ|量，在工藝上就必須使刀具的回轉中心與工件毛坯孔的中心保持一致。但從圖中可見，四個孔呈輻射、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微差別，或是鑄件自身的一些差異，都會影響孔的制造質量。為此，利用機床的隨機檢測系統(tǒng)在加工前先逐個對每個毛坯孔進行測量。方法是通過在圓周的上下、左右共打4點來精確地確定孔中心的坐標位置，據(jù)此，再有針對性地執(zhí)行各個孔的加工，顯然，經(jīng)過“工件找正”之后，各孔的制造質量就有了充分保證。此外，在找正的同時，還可以得到鑄孔的毛坯余量，若進一步利用變量編程，還可以實現(xiàn)毛坯余量的自動分配，這樣就既能保證孔加工過程中切削力不會過大，以免損傷機床和刀具，又能提高刀具的耐用度，以使工作效率達到最高。

    利用隨機量儀進行機內(nèi)對刀，以及在加工前對夾具、工件實施“找正”，或在加工后通過隨機檢測進行溫度、刀具磨損的補償，凡此種種，不但保證了零件的加工質量，而且能有效地提高生產(chǎn)過程運行的質量水平。