文|?？怂箍禍y量技術(shù)（青島）有限公司 崔永 高廣文 楊自科

近年來，隨著居民收入的持續(xù)提高，我國汽車需求量大幅增加，因此，汽車的產(chǎn)能也亟待提高，特別是汽車模具行業(yè)的生產(chǎn)效率受到了極大挑戰(zhàn)，這使得汽車模具生產(chǎn)廠家不得不采取有效措施來提高其生產(chǎn)效率，因而需要在保證質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率，而對于以機加工為主的汽車模具生產(chǎn)商提高生產(chǎn)效率的主要途徑就是通過提高機床的加工效率和成品率。

事實證明在加工中心加工過程中產(chǎn)生效益的金屬切削時間僅占60%以下，而搬運、找正和檢測的比例則占到了40%以上，而在這些輔助時間內(nèi)，找正和檢測則占了絕大部分。因此要提高生產(chǎn)效率除了提高加工速度外，主要還是要提高找正和檢測的效率。

在機自動化測量是目前用來提高找正和檢測效率的主要途徑，主要分為工件檢測和刀具檢測兩類。

其中刀具檢測應用于機床的刀具刀長和刀徑測量，具體方式為刀具通過程序自動定位于機床內(nèi)對刀儀，然后自動觸發(fā)，將所得刀長和刀徑自動更新刀具表，從而使機床在加工過程中可以使用最新的刀具參數(shù)對工件進行精確加工，從而相比傳統(tǒng)機外對刀儀，完全避免刀具參數(shù)手動輸入帶來的參數(shù)輸入失誤，以及時間消耗，提高機床加工精度和工作效率。具體工作狀態(tài)如圖1 所示。

圖1 刀具監(jiān)測工作狀態(tài)

其中工件檢測主要應用于兩個方面：一方面為測量工件基準，由測量結(jié)果自動確定工件實際位置，從而為下一步加工提供精準坐標；另一方面，則為在零件加工過程中或者加工后對照零件設(shè)計圖樣來測量加工結(jié)果，以確定零件加工質(zhì)量，為過程控制提供精確參照或者作為零件終檢參照。具體工作狀態(tài)如圖2 所示。

圖2 工件檢測工作狀態(tài)

表 配置機床對通訊、文件傳輸和測量端口的參數(shù)

汽車模具往往體積都較大，搬運以及移動都不是很省時省力，因此，我們都會考慮到是否可以在工件吊裝到機床工作臺后不進行人工找正分中，讓機床通過自動檢測得到目前工件的位置和方向數(shù)據(jù)，直接根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)進行相對位置的加工，如此一來不但可以節(jié)省移動工件位置找正的時間，而且可以全自動獲取工件加工坐標系，從而提高自動化程度，同時減少人為因素誤差，提高零件的一致性，滿足目前集約化生產(chǎn)的要求，大大縮短工件加工輔助時間。

通過查詢國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料，最終確定以以下方案進行實施。

◎物料準備：無線電機床測頭及其附件，機床宏程序，3D Form Inspect 在機測量軟件。

◎機床信息：SNK 品牌Fanuc18i 控制系統(tǒng)四軸機床，高速測量數(shù)據(jù)接收端口（JA40）開通。

◎手動修改機床如表所列參數(shù)，以完成機床對通訊、文件傳輸和測量端口的相應配置。

◎硬件安裝：將編號為91.10-FA-UN的電纜插頭端直接接至機床JA40 插座，將該電纜另一端接至編號為91.30-ST5 的電纜黃線，此線為觸發(fā)信號線，其他電纜接線圖如圖3 所示。

圖3 其他電纜接線圖

◎?qū)o線電接收器與電纜91.30-ST5 對接，調(diào)節(jié)測頭與接收器頻道一致，將測頭安裝于機床主軸調(diào)節(jié)中心同心至＜2μ，通過以下指令進行硬件安裝狀態(tài)確認：

G91G31X100.F10

G01Y100.；

若機床在運行第一行程序時手動觸發(fā)測頭，機床瞬時自動轉(zhuǎn)至第二行運行則表明硬件狀態(tài)正常。

一、工件自動測量定位

使用自編程序O1500 校驗程序在環(huán)規(guī)上對測頭進行刀長及測頭半徑校驗，獲取真實觸發(fā)刀長及觸發(fā)測頭半徑補償。程序如下（子程序省略）：

完成校驗程序后，則可以根據(jù)圖樣基準要求編寫程序自動測量工件基準，以完成工件加工的自動精確定位，并將工件真實位置自動寫入指定的坐標系中，如G55。具體測量狀態(tài)如圖4 所示。

圖4 工件加工的自動精確定位

此項技術(shù)的應用為國內(nèi)某模具生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)了總加工時間平均節(jié)省13%以上，明顯提高了生產(chǎn)效率及零件的一致性，為生產(chǎn)效率的提高以及質(zhì)量的保證提供了強大的支持，直接降低了廢品率和生產(chǎn)成本。

二、模具工件修模自動補償應用

◎軟件配置：3D Form Inspect 在機測量軟件。

◎網(wǎng)絡(luò)配置：以太網(wǎng)直連。

3D Form Inspect 在機測量軟件為德國M&H 公司開發(fā)的用于在機測量的專用軟件，可以完成已有數(shù)模工件的三維測量任務，支持各類數(shù)控系統(tǒng)，完美支持五軸機床，具有專利的矢量方向校驗方式，有效補償五軸機床系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響。報告方式靈活，可以輸出便于后續(xù)處理的Excel 格式，也可以輸出HTML 等多種用戶需求格式。功能強大的軌跡模擬功能，為用戶提供最大的安全保障。3D Form Inspect 在模具曲面加工測量中的應用，具體工作情況如圖5 所示。

圖5 3D Form Inspect 在模具曲面加工測量中的應用

汽車沖壓件模具在加工過程中，由于加工時間長，刀具磨損較大，在過程控制以及修模過程中的加工余量很難確定，若使用三坐標不但需要將工件頻繁在機床及三坐標之間進行交換，且在機床上的二次定位也非常難確定，因此，通過與相關(guān)技術(shù)人員交流確定目前模具加工業(yè)在過程控制及修模中急需一種在機床上就可以根據(jù)設(shè)計數(shù)模對工件進行三維測量，實時更新加工余量同時結(jié)合對刀儀的應用即可很好的完成模具加工中的測量修模應用。

主要實施過程如下：

◎在電腦上的測量軟件3D Form Inspect 中導入待測零件數(shù)字模型，如圖6 所示，“脫機”編程創(chuàng)建測量路徑（基于CAD 的編程/路徑模擬/碰撞檢測）。

圖6 導入待測零件數(shù)字模型

◎測量路徑轉(zhuǎn)換成基于G 代碼的機床宏程式。

◎?qū)C床宏程式從電腦傳輸?shù)綑C床控制系統(tǒng)。

◎在機床上聯(lián)機執(zhí)行校驗及測量程序。

◎測量結(jié)果從機床控制柜傳輸?shù)诫娔X上的測量軟件中。

◎在測量軟件中創(chuàng)建測量數(shù)據(jù)報告（統(tǒng)計圖表和常規(guī)的CMM 測量報告格式如圖7 所示）。

◎?qū)y量結(jié)果導入機床程序自動編程軟件，據(jù)此生成修模程序。

◎修模。

◎檢測合格，精度報告。

圖7 統(tǒng)計圖表和常規(guī)的CMM 測量報告格式

三、結(jié)論

此測量方案利用機床測頭和相應的在機測量軟件很好地解決了當前我國模具加工行業(yè)在過程控制及修模中的實際問題，切實提高了模具曲面加工過程中的精度和效率，目前該方案已經(jīng)在上海、西安和哈爾濱等大型汽車模具以及交通運輸產(chǎn)品加工行業(yè)得到了很好的應用，為模具加工的效率及質(zhì)量的提高提供了強大的軟硬件支持。