北京精雕科技集團有限公司 孟少鵬

隨著現(xiàn)代制造業(yè)對零件加工要求的不斷提升，越來越多的制造企業(yè)都在向著智能化高效生產(chǎn)的方向進行轉(zhuǎn)型，而在這種高效穩(wěn)定的智能化生產(chǎn)過程中，離不開機械加工中在線測量技術的強力支撐。目前，這項技術在機械行業(yè)內(nèi)已經(jīng)逐漸被應用到了實際生產(chǎn)當中，確實幫助制造企業(yè)提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，改善了生產(chǎn)品質(zhì)，降低了生產(chǎn)成本。本篇文章主要結(jié)合北京精雕獨立研發(fā)的在線測量和智能修正技術，對這項技術的應用優(yōu)勢及發(fā)展情況做一闡述。

一、為什么要引入在線測量和智能修正技術

智能化是現(xiàn)代信息社會工業(yè)奮斗的目標所在，要實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，就必須首先讓數(shù)控機床實現(xiàn)智能化，要讓切削過程變得更透明，更易于控制，那么這就必須追溯到產(chǎn)品加工的品質(zhì)問題上。在CNC加工過程中，尺寸精度是評測產(chǎn)品品質(zhì)的主要指標，造成尺寸精度不合格的因素是由于各類誤差復合作用形成的，包括：機床精度、材料變形、夾具形變、夾持變形、刀具磨損、切削工藝、人為操作、環(huán)境溫度等等，而這多方面的因素在不同的加工領域、不同的加工環(huán)節(jié)所起的作用是不同的，加工中的這類誤差極易形成難以控制的復合誤差，而形成的這種誤差是客觀存在的，也是難于避免的，這樣就會導致加工結(jié)果難以判定。

面對這樣的問題，在一般的工藝生產(chǎn)中，就會在生產(chǎn)加工過程中間增加一些檢驗工序，這樣不僅增加了工序環(huán)節(jié)，增加了輔助成本，而且會導致整個生產(chǎn)流程不連續(xù)，尤其在3C產(chǎn)品加工中，這種問題更加明顯。而產(chǎn)生的這種不連續(xù)和不穩(wěn)定的問題的關鍵原因是：在加工過程中，技術人員無法直接在機床上監(jiān)控切削過程的中間結(jié)果和最終結(jié)果，并對加工結(jié)果進行實時修正，只能在一個工序的結(jié)果形成后離機交給檢驗工序去判斷，合格品才能轉(zhuǎn)入下道工序，不合格品要么報廢，要么返回本工序進行返修。如果對于精密模具行業(yè)，模具成本高昂，技術員在加工完成后真的心里沒底，只能憑借所謂的經(jīng)驗去判定。

因此，為了解決這類問題，“在線測量和智能修正”技術應運而生。這種技術把三坐標測量機上的部分功能集成到機床上，實現(xiàn)了加工過程和機內(nèi)測量的一體化。在線測量和智能修正技術不僅可以檢測加工前、加工中、加工后的幾何誤差，實現(xiàn)了加工過程的閉環(huán)效果，而且還可以基于這些測量結(jié)果自動修正加工坐標系、自動修正切削參數(shù)、自動修正切削軌跡、自動修正切削用量，從而實現(xiàn)對過程的智能修正，使得整個生產(chǎn)管理過程更加穩(wěn)定高效。

二、基于“在線測量和智能修正”技術的“制檢合一”應用

在線測量和智能修正技術將加工與檢測安排在了同一臺設備進行工作，實現(xiàn)了工件的數(shù)字化采集工作，并根據(jù)所測數(shù)據(jù)進行數(shù)學分析、幾何評價、工藝改進，可以說，這項技術是北京精雕集團的一項特色的標志性技術、一項標桿技術?；谶@項技術形成的“制檢合一”生產(chǎn)模式已經(jīng)在多個產(chǎn)品領域取得了重大突破，解決了多項生產(chǎn)技術難題，保證了制造企業(yè)的連續(xù)性高效穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.在線測量和智能修正技術在大批量生產(chǎn)中的應用

在產(chǎn)品批量加工中，為了提升產(chǎn)品的品質(zhì)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式就是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不斷地增加檢驗環(huán)節(jié)，工序檢驗的環(huán)節(jié)基本都是由人工來完成的，這種方式雖然可以提升本道工序的準確性，提高整個生產(chǎn)制程的穩(wěn)定性，但是隨著產(chǎn)品要求的不斷提升，工序段數(shù)的不斷增加，這種方式暴露出來的問題也越來越突出。首先，人工檢驗就引來了人工檢驗誤差，人工檢驗誤差就更為隨機，在生產(chǎn)線上，實現(xiàn)了測量過程的自動化：離線測量模式自動化程度低，很多檢測數(shù)據(jù)都是依靠質(zhì)檢人員手工錄入，而在線測量技術實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動檢測、自動存儲、自動計算，中間不存在人工干預，自動化程度高。

（4）在線測量和智能修正技術提升了生產(chǎn)的連續(xù)性：在線測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)加工產(chǎn)品在序前、序中、序后的狀態(tài)檢測，對于不合格的產(chǎn)品直接剔除，減少了人工調(diào)機的輔助時間，改善了整個產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，提升了生產(chǎn)的連續(xù)性。把合格品誤檢、不合格品漏檢的情況屢屢發(fā)生。其次，增加過程檢驗就會導致生產(chǎn)中斷，影響生產(chǎn)的整體連續(xù)性，而且這些增加的檢驗工序基本都是由人工完成，這無疑又增加了人工成本。

為了提升整個產(chǎn)品批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性，改善生產(chǎn)流程的連續(xù)性，越來越多的生產(chǎn)企業(yè)選擇了在機床上增添在線測量系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程進行管控，形成了一種全新的“制檢合一”生產(chǎn)理念。在線測量和智能修正技術在批量性產(chǎn)品加工過程中體現(xiàn)的優(yōu)勢主要包括以下幾點：

（1）在線測量和智能修正技術可以提升生產(chǎn)效率：傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式工序流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多，尤其對于檢驗環(huán)節(jié)，花費的時間就更多，從檢驗工序上分，包括首件檢、巡檢、換刀檢等，從檢驗流程上分，又包括上下料、工件流轉(zhuǎn)、檢驗室排隊、離線檢驗等，從檢驗成本上分，包括人工成本、檢具成本、時間成本、輔料成本等等，可以看出，影響生產(chǎn)效率的因素就是一些輔助工作。增添在線測量系統(tǒng)后，實現(xiàn)了測量加工一體化，所有測量工序都可以在機內(nèi)完成，加工完成后直接測量，節(jié)省了80%以上的輔助時間，同時降低了生產(chǎn)成本。

（2）在線測量和智能修正技術可以保證既定工藝準確執(zhí)行：傳統(tǒng)的檢驗模式基本都是依靠人工來完成，只要是有人參與的工作，必然會存在犯錯的機率，比如巡檢人員不能嚴格按照預設的巡檢間隔去采集數(shù)據(jù)，存在漏檢現(xiàn)象等等，如果出現(xiàn)漏檢尺寸，流過好幾道工序才發(fā)現(xiàn)，處理起來就會非常麻煩，甚至會造成一些不可挽回的損失，這就歸結(jié)為工藝執(zhí)行的嚴格度和準確度問題，反觀在線測量技術，整個過程均由程序控制，能夠嚴格執(zhí)行既定的流程。

（3）在線測量和智能修正技術

2.在線測量和智能修正技術在精密模具行業(yè)的應用

在精密模具加工行業(yè)，為了使得加工出的模具尺寸合格，那么就是要對每道工序的切削余量進行管控，余量穩(wěn)定了，加工出的產(chǎn)品質(zhì)量就穩(wěn)定了。傳統(tǒng)的模具加工方式就是無法預知CNC加工后的模具品質(zhì)，只能下機進行檢測，若沒有加工到位，就只能返回CNC進行返工。那么，在這種情況下，精雕在線測量和智能修正技術的價值就充分體現(xiàn)出來了，在加工之前，可以自動修正加工坐標系，在加工中，可以動態(tài)檢測切削余量的分布，提升工藝改進的準確性，在加工后，可以檢測零件加工精度，包括尺寸精度和形位誤差，確保放心下料，從而保證加工過程的連續(xù)性與穩(wěn)定性，減少后端修模的工作量，提升一次合模的成功率。

因此，在精密模具加工方面的應用點主要包括：

（1）加工面余量測量及修正：刀具磨損、讓刀變形、刀具尺寸不標準等都會造成模具加工面余量不均勻，模具分型面余量不均勻不僅會造成配模失敗，還會造成模具在鎖模力的作用下擠壓變形，影響模具使用壽命，傳統(tǒng)只能通過更換新刀反復精加工或修模。精雕在線測量和智能修正技術可以在線測量模具加工面余量，真正實現(xiàn)制檢合一，縮短模具加工周期。

（2）接刀痕測量及修正：模具型腔內(nèi)的圓角位置多數(shù)是需要加工到位的，需要進行清根處理，但是因為對刀具尺寸、工件加工余量、主軸熱伸長無有效的管控措施，導致更換刀具后會出現(xiàn)接刀痕。精雕在線測量和智能修正技術可以實時測量刀具加工狀態(tài)下尺寸、刀長及加工余量，從而避免接刀痕產(chǎn)生。

（3）刀具中心點偏移測量及管控：一般模具加工周期都比較長，由于振動、溫度等因素影響，會造成加工原點漂移導致工件加工偏位，最終表現(xiàn)在產(chǎn)品上就是合模線偏位，以前沒有什么很好的辦法解決。精雕在線測量和智能修正技術可以實時檢測工件加工原點，智能補償加工程序，減少原點漂移影響。

（4）模具表面輪廓度和關鍵尺寸的測量：模具表面輪廓度和一些關鍵尺寸的管控，直接影響著模具本身的品質(zhì)，以前沒有量化的管控分析手段，無法對這些關鍵尺寸進行實時測量，導致生產(chǎn)工藝落后，模具生產(chǎn)周期長，不能按時交貨。精雕在線測量和智能修正技術可以在機檢測模具的表面輪廓度和關鍵尺寸，直接對這些關鍵尺寸進行評測分析，進而改善工藝，穩(wěn)定生產(chǎn)。

君為臣綱由董仲舒首先明確提出，到宋代始彰顯，如閻若璩所說：“‘忠臣不事二君，貞女不更二夫’之言，直至宋代而明，一明于宋太宗責范質(zhì)以死，一明于程伊川謂‘餓死事小、失節(jié)事大’。而后為人臣、為人婦者之防始嚴?！薄?6〕（卷十四，P1673）理學的理論建構(gòu)對君臣綱常的確立功不可沒。理學家們認為臣對君應該像婦從夫一樣，要從一而忠，所謂“忠臣不事二君，烈女不更二夫”〔27〕（卷四，P42）。

（5）基于表面余量測量方法的刀具磨損管控：有些模具加工區(qū)域非常大（一模多穴），小刀具使用多，加工時間往往也比較長，需要多把刀具分別進行加工，而且不同路徑軌跡的刀具壽命也是不一樣的，傳統(tǒng)做法是定時觀察加工效果并決定是否換刀，缺少定量管控刀具壽命的依據(jù)。精雕在線測量和智能修正技術可以實時檢測刀具磨損情況，定量管控刀具使用壽命。

3.在線測量和智能修正技術在五軸精密零件行業(yè)的應用

目前，在線測量和智能修正技術已經(jīng)成為了五軸機床的標配，通過在線測量和智能修正技術，不僅可以提升五軸精密零件的加工精度，而且還可以管控五軸加工流程，讓五軸加工更加穩(wěn)定，過程更可控，該項技術在五軸加工方面主要的優(yōu)勢體現(xiàn)在三個方面：

（1）在線測量和智能修正技術弱化了夾具的作用：夾具的作用主要包括固定和定位的作用，其實數(shù)控加工對夾具的要求，難點是在定位，尤其是為了保證批量生產(chǎn)，工件必須要通過夾具定位面來保證裝夾精度，一些復雜零件的夾具定位部分設計都比較講究，要求比較高，制造周期長，那么，費用高就是必然結(jié)果。而且夾具裝夾到機床后，還必須通過人工進行打平、找正，這個過程也是比較費時間的。

那么使用在線測量和智能修正技術后，夾具只需要把工件固定到機床上，測頭可以在工件上自動探測加工基準面的位置，計算出偏差數(shù)據(jù)，提供給機床，機床再根據(jù)偏差值進行自動擺正，而且也不需要人工干預。該項技術基本弱化了夾具的定位作用，僅需要對其進行粗定位即可。

（2）在線測量和智能修正技術實現(xiàn)了模糊基準零件的精確加工：壓鑄后的鑄件，或者經(jīng)熱處理后的零件，經(jīng)過多道工序到精雕五軸設備上做精細加工的零件，往往會出現(xiàn)基準模糊、基準精度傳遞損失的情況，這就需要加工時多次反復調(diào)整才能確認基準的準確性，這個過程以前全是通過人工來完成的，不僅工人的勞動強度大，而且整個生產(chǎn)過程很不順暢。

采用在線測量和智能修正技術，可以很方便地識別工件的基準表面，模擬出虛擬的基準位置，再根據(jù)這個位置精銑加工出準確的基準位置，并以此為基準，完成后續(xù)的加工，整個過程完全自動化。

三、在線測量和智能修正技術的應用前景

通過以上幾個方面的應用點來看，在線測量和智能修正技術已經(jīng)成為智能化加工必不可少的一項支撐技術，那么，這項技術后期的應用前景主要包括以下幾個特點：

（1）通用化：即對于任意復雜曲面、復雜模型，在線測量和智能修正技術都能給出合理的工藝規(guī)劃，并按照一定的策略完成高速測量及補加工，確保不留死角。

（2）集成化：精雕在線測量和智能修正技術將持續(xù)完善集成化工作，將CAM軟件、數(shù)控系統(tǒng)、測量技術、精密加工等體系以一定規(guī)范、采用特定接口高度集成在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時共享。

（3）智能化：即在線測量和智能修正技術將集成各類傳感器，根據(jù)各類型的數(shù)據(jù)反饋做出判斷，并調(diào)節(jié)工藝策略，實現(xiàn)自動化的智能加工。

（4）高速化：高速不僅體現(xiàn)在加工效率上，更要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集及計算的效率上，要以更高的效率采集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行評測。 □