化繁为简的机床测量技术
阅读1431次
您的位置:切削技术首页>产品与服务>测量产品>化繁为简的机床测量技术
点击此处:以获得带文本搜索器的该文页面
更严苛的零件尺寸公差和使零件“首次加工即合格”的要求正在催生出更多的“在机”(直接在数控机床上使用)或“近机”(在靠近机床的地方使用)测量装置。与此同时,四轴和五轴加工机床的使用日益增多,也对机床本身的检测和校准提出了更大的挑战。
更严苛的零件尺寸公差和使零件“首次加工即合格”的要求正在催生出更多的“在机”(直接在数控机床上使用)或“近机”(在靠近机床的地方使用)测量装置。与此同时,四轴和五轴加工机床的使用日益增多,也对机床本身的检测和校准提出了更大的挑战。
为了使用户了解其提供的检测设备及其使用方法,雷尼绍(Renishaw)公司制定了一个称为“生产工艺金字塔”的说明性框架。该公司的Dave Bozich解释说,“该框架有四个关键要素:工艺基础、工艺设置、加工中控制和加工后检测。”
雷尼绍公司的Clive Warren指出,随着机床检测校准装置的使用变得越来越容易,检测校准机床的基本方法——“工艺基础”——也变得日益普及。球杆仪校准装置已成为校验数控机床的标准设备。他解释说,“球杆仪可以测量出机床运转时的插补圆轨迹与编程设定的标准圆轨迹之间的偏差。”然后,球杆仪软件可以利用各种数学算法对这些偏差值进行分析,并计算出机床的各项几何误差(如垂直度、平面度、直线度、反向间隙等)以及动态误差(如伺服不匹配、反向越冲等)。该软件还能将这些误差项综合成一个“圆度”值,作为衡量该机床性能的总体指标。
雷尼绍公司的QC20-W无线型球杆仪已取代了早期的QC10球杆仪。在机床上进行测量时,QC10是利用有线连接将测量数据传回个人电脑。Warren说,“无线传输可以消除对操作者健康和安全的不利影响,还能实现空间检测(‘局部圆弧’检测),从而能评估该机床在其整个工作空间范围内的性能。这与以前的球杆仪在一次安装中只能对单一工作平面进行二维评估形成了鲜明对照。”他还指出,QC20-W无线球杆仪只需10-15分钟就能完成安装和测量。这种新型球杆仪推出后非常受欢迎,其销量比老式球杆仪成倍增加,这主要归功于其操作简便、易于使用。
然而,球杆仪检测法也有其局限性——不能检测四轴和五轴机床的回转轴。为了更精确、更方便地检测回转轴,雷尼绍公司在EMO 2011展会上推出了XR20-W无线型回转轴校准装置。它采用了该公司自行设计开发的超高精度旋转编码器。与雷尼绍的XL-80或ML-10激光干涉仪系统配合使用时,XR20-W的测量精度可优于±1弧秒。
Warren还指出,为了校验机床精度,需要知道机床各回转轴的回转中心相对于该机床三个主要轴的位置(有时称为枢轴点)。雷尼绍公司2009年推出的AxiSet软件用一个安装在主轴上的测头来测量一个经过校准的标准球,然后将耗时10分钟获得的测量结果发送到一台个人电脑上。
如何利用这些测量数据呢?Warren说,“越来越多的数控机床具备了空间误差补偿功能,可以利用由激光干涉仪(如雷尼绍的XL10)、球杆仪和AxiSet软件采集的测量数据绘制成的误差图进行误差补偿。”专用软件将采集到的数据综合到一起,或者创建一幅误差图,并将其上传到机床的CNC控制系统;或者直接载入原始数据,由CNC控制系统自行创建误差图。他指出,“这是该行业的技术发展方向。”为了监测机床性能,用户要定期用球杆仪对机床进行测量。另一种方法是在校准机床时测量一个标准件,然后将其保存起来,并定期进行重新测量。
曾在航空工业、新兴的三坐标测量机(CMM)行业以及机床行业工作过的Robert Callaghan于1984年创建了独立质量实验室公司(IQL),专门从事机床性能分析和制造工艺改进工作。在过去28年里,IQL已开发出用于测量和分析机床性能的全套硬件和软件——Locus测量系统,其中包括激光干涉仪、电子水平仪及检具、球杆仪、主轴分析仪、回转校准仪以及用于校验基本轴(X、Y、Z、A、B、C轴)的陶瓷标准件。该系统能测量数控机床的3D位置、角度和平直度,以及按照ISO 230标准(机床检验通则)检测机床的安装误差。
考虑到近年来多轴数控加工的快速增长,IQL还在北美推出了用于验证和校准数控机床的新设备:由荷兰IBS公司开发的R-Test测量系统。该系统可测量机床的回转轴相对于其他轴的动态位置。R-Test的功能之一是按照ISO 10791-6标准(加工中心检验条件第6部分)对机床的运动精度进行测试。
Callaghan认为,这些国际标准规定的测试项目非常重要。他说,“我很高兴我们有一个包括了这些检测技术的国际标准——新修订的ISO 230标准附录,其中包含了球杆仪检测和其他一些现代检测方法。新版ISO 230标准的宣贯对于验证机床性能非常重要。在机床上应用这些检测方法可以确保加工的正确性。”
Callaghan还强调,如何利用通过检测获得的数据至关重要。虽然利用可生成偏移补偿量的误差图来调整机床数控系统是一种趋势,但也不能忽视设置刀具或对准工件以外的其他用途。“当你通过检测发现机床机械系统存在问题时,就应该对其进行修复,而不是把问题隐藏起来。有些机械部件如果存在对准误差,就会严重影响机床寿命。如果机床的导轨系统由于某种原因出现挠曲变形,就会对支承系统造成额外的压力,并会缩短机床寿命。”他举了一个例子:一家航空发动机制造商积极实施一项计划,利用IQL的专门技术,每年定期对自己所有的机床进行检测,并对机械误差进行修复。在该计划实施三年后,他们的机床可用性提高了20%,调修机床的时间从5天缩短到1天,相当于通过维护保养新增加了6台数控机床。
测量技术提供商也在努力使在机测量、在线测量技术变得更易于使用和更具实用价值。为数控机床提供附属产品的Caron工程公司总裁Rob Caron解释说,“由于测头的防护性能和可达性不断提高,变得更坚固耐用,并能测量以前很难探测到的工件部位,在机测量正变成一种实用的选择。”在机测头可在切削加工开始之前确认或检测工件所在位置,测量刀具的磨损(对刀),以及用于测量零件的各种特征。检测工件位置的功能在加工铸件或锻件,以及其他具有不规则形状的工件时特别有用,因为此类工件很容易发生漏装或装夹不当的情况。利用在机测头还可以确保工件的正确夹持和定位。
Caron指出,“如今的测头可以在恶劣的加工环境中(如在切屑飞溅的车床上)正常工作。有些测头还配备了用碳纤维制成的长测杆(可长达0.6m),可以到达很难探测的工件部位。因此,与过去几年相比,在机测头的应用大幅增加。此外,关于在机测头及其使用方法的知识日益普及。大家都希望减少切削加工的值守力度,而要做到这一点,就必须在机床上进行各种检测,这也促进了在机测量的推广应用。”
他还指出,一些潜在用户认为在机测量存在一个缺陷:在机床上编制测量程序和用测头测量工件或刀具要占用机床的切削加工时间。为此,Caron公司推出了刀具监测自适应控制(TMAC)系统。该系统通过测量主轴功率来监测刀具磨损。通常,切削一个工件所需的功率会随着刀具切削刃的磨损而增大。为了更精确地控制刀具磨损,该公司提供的AutoComp软件可以利用任何检测设备——既可以是千分尺等简单量具,也可以是三坐标测量机或诸如雷尼绍公司最近推出的Equator便携式CMM等复杂量仪——测得的数据。Caron解释说,“虽然在机床上使用测头看似花费了不少时间,但实际上却可以节省更多时间。”
为了顺应使机床检测速度更快、精度更高、更简便易行的发展趋势,海克斯康旗下的m&h集团最近推出了新型LTS35.65标准激光对刀仪,用于对旋转刀具进行非接触式测量。海克斯康的全球产品经理Dave Jeffers解释说,“激光对刀具有很好的灵活性,我们新推出的LTS35.65对刀仪尺寸进一步缩小,而可靠性进一步提高。”
Blum-Novotest公司推出了一种用于机床测量的可切换式测头——TC76-Digilog。该测头既可采用数字式单点测量模式,也可采用模拟式扫描测量模式,两种模式可相互转换。以“单点”模式采集数据时,该测头的进给速度能达到2007mm/min。而模拟扫描模式的测量速度则要快得多。例如,在某项测量中,用Blum的标准单点测头之一在被测表面测量40个点需耗时30秒钟左右;而用TC76-Digilog测头测量相同的工件特征仅耗时2-3秒,且测点高达10万个。
在需要快速采集复杂表面的大量数据、要求测点密度很大的平面或曲面检测中,使用模拟式扫描测头具有更大优势。TC76-Digilog测头的防护等级为IP68,因此能在比较恶劣的数控机床加工环境中正常工作。这种新的在机测量方法适用于齿轮、阀座、涡轮叶片等复杂型面工件的检测,典型的模拟式扫描测头对此类测量效果最佳。
海克斯康的Jeffers认为,虽然采用新型测头至关重要,但通过优化软件实现更便利的编程也是未来技术发展的一个关键要素。海克斯康测量集团对PC-DMIS NC软件的改进,以及最近新推出的PC-DMIS NC GAGE软件,都是为了进一步提高测量软件的易用性。利用PC-DMIS NC软件,用户可以通过导入CAD模型,对在机测头进行离线编程。Jeffers解释说,“PC-DMIS可以根据操作者选定的被测特征,创建测量所需的测头路径,并将测头路径转换为可供机床读取的操作代码。然后将测得的数据反馈回PC-DMIS软件,对被测零件进行分析,并与其CAD模型进行比对。PC-DMIS NC GAGE软件尤其注重易用性。机床操作人员通过几个小时的培训,就能用PC-DMIS NC GAGE进行在机测量。虽然该软件的功能不如PC-DMIS NC全面,但由于其更易于编程,因此将被更多用户所接受。”
本文作者:张宪(编译)
原载:《工具展望》
上载于:2015-6-16 14:10:21

声明: 切削技术网站刊载此文不代表同意其说法或描述,仅为提供更多信息。

发给好友 收藏 投稿给我们 打印本页

切削技术微信



本文微信分享码

沪ICP备05002856号 不良信息举报
谷歌搜索
本站:
全网:

本页链接

日本刀具增长但受高速钢刀具拖…
2017年前9月美国刀具消费…
2017年10月日本机床总订…
2017年前9月美国金切机床…
2017年第三季度德国机床工…
瓦尔特正在扩大切槽刀具的产品…
第44届世界技能大赛后记
采用伊斯卡螺纹刀具,成本更低…
伊斯卡盘式变形金刚立铣刀头用…