■ 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 （山東青島 266111） 劉佛貴

在線測(cè)量，指的是包括工程和科學(xué)研究乃至生活過(guò)程中所進(jìn)行的一切實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量。如果能在生產(chǎn)線上對(duì)加工過(guò)程加以檢測(cè)，即進(jìn)行“在線測(cè)量”，不僅可以降低消耗、減少成本、增加產(chǎn)量和提高效益，還可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。另外，在線測(cè)量還能隨時(shí)檢測(cè)和診斷甚至排除生產(chǎn)設(shè)備的潛在故障，使生產(chǎn)系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 構(gòu)架整體加工時(shí)端板加工示意

1. 現(xiàn)狀及問(wèn)題

我公司生產(chǎn)的CR400AF型中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組構(gòu)架端板工藝流程為：①端板單件加工4×φ22mm孔。②端板焊接到構(gòu)架上。③構(gòu)架整體加工，端板需加工140mm×140mm的方孔，方孔與4×φ22mm孔要求中心重合。加工示意如圖1所示。

構(gòu)架焊接存在一定的變形，端板上φ22mm孔的位置發(fā)生變化，孔與孔的相對(duì)位置也會(huì)產(chǎn)生一定的傾斜。構(gòu)架整體加工時(shí)，要求端板上加工方孔的中心與4×φ22mm孔構(gòu)架四邊形的中心重合，傾斜角度與四邊形的整體傾斜角度一致。傳統(tǒng)的加工工藝需要人工測(cè)量φ22mm孔的位置，人工計(jì)算出位置偏移量，人工偏移、旋轉(zhuǎn)工件坐標(biāo)系后進(jìn)行方孔加工。該工藝生產(chǎn)效率低，存在安全、質(zhì)量隱患，滿足不了批量生產(chǎn)要求。

2. 解決問(wèn)題的思路

我公司加工構(gòu)架的數(shù)控機(jī)床帶有在線測(cè)量系統(tǒng)，由可進(jìn)行自動(dòng)刀具交換的測(cè)量探頭及其接口、帶自定義宏程序的NC裝置所構(gòu)成，該系統(tǒng)暫未開(kāi)發(fā)應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)編制在線測(cè)量宏程序，測(cè)量探頭自動(dòng)檢測(cè)端板φ22mm孔的位置，將檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)到CNC的系統(tǒng)參數(shù)里，根據(jù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出工件坐標(biāo)系偏移量和旋轉(zhuǎn)量，在方孔加工所用的坐標(biāo)系初始化時(shí)將偏移量、旋轉(zhuǎn)量設(shè)置進(jìn)去，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的調(diào)整，進(jìn)行全自動(dòng)檢測(cè)、加工。該方案的難點(diǎn)在于在線測(cè)量程序的研究、測(cè)量精度的校正和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。

3. 在線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用驗(yàn)證

（1）選用測(cè)量探頭 選用Renishaw在線測(cè)量探頭，該探頭由BT50測(cè)量刀柄、測(cè)頭裝置、LP2轉(zhuǎn)接頭、LPE2延長(zhǎng)桿、測(cè)針和測(cè)頭組成（見(jiàn)圖2）。

（2）探頭初始化 測(cè)量探頭長(zhǎng)度為311.511mm，測(cè)頭直徑為6mm，初步設(shè)置偏心量為0mm，測(cè)量時(shí)的接近量及過(guò)頭量均為10mm，測(cè)量4個(gè)點(diǎn)確定圓，編制探頭初始化程序如下。

G65P9101.S1.X0Y0 Z311.511D6.F50R1000.A10.B10.C0.I0Q4.；

（3）探頭偏心量設(shè)置及精度校正 探頭X、Y方向的偏心量通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)孔進(jìn)行校正，標(biāo)準(zhǔn)孔直徑為φ50mm，理論坐標(biāo)為X0、Y0。使用探頭測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)孔的實(shí)際坐標(biāo)值，將其設(shè)置為探頭的偏心量，偏心量校正程序如下。

G65P9171Z-10.D50.；測(cè)量直徑為50mm的標(biāo)準(zhǔn)孔

#790=#115；將X方向偏移量#115賦值給#790

#791=#116；將Y方向偏移量#116賦值給#791

G65P9101S1.X[#790]Y[#791]Z311.511

D6.F50R1000.A10.B10.C0I0Q4.；探頭二次初始化，增加偏心量參數(shù)

（4）測(cè)量端板φ22mm孔的位置 使用測(cè)量探頭對(duì)端板上4個(gè)φ22mm孔進(jìn)行檢測(cè)，將各個(gè)孔的坐標(biāo)值存儲(chǔ)到CNC系統(tǒng)參數(shù)中，根據(jù)坐標(biāo)值計(jì)算4個(gè)孔的整體傾斜角度，程序如下。

G65P9201S1.X-115.Y50.Z-15.D22.；測(cè)量孔1

#850=#111；將孔1的X坐標(biāo)賦值給#850

#851=#112；將孔1的Y坐標(biāo)賦值給#851

G65P9201S2.X-115.Y-50.Z-15.D22.；測(cè)量孔2

#852=#111+#850；將孔1與孔2的X坐標(biāo)中點(diǎn)賦值給#852

#853=#112+#851；將孔1與孔2的Y坐標(biāo)中點(diǎn)賦值給#853

G65P9201S2.X115.Y-50.Z-15.D22.；測(cè)量孔3

#854=#111；將孔3的X坐標(biāo)賦值給#854

G65P9201S2.X115.Y50.Z-15.D22.；測(cè)量孔4

#856=#111+#854；將孔3與孔4的X坐標(biāo)中點(diǎn)賦值給#856

#857=#112+#855；將孔3與孔4的Y坐標(biāo)中點(diǎn)賦值給#857

#858=ATAN[ABS[#856-#852]/[#857-#853]]；計(jì)算傾斜角度賦值給#858

（5）設(shè)置方孔加工的坐標(biāo)系 將4×φ22mm孔的整體中心設(shè)置為方孔加工的坐標(biāo)系原點(diǎn)，程序如下。

G65P9710C56.；

G65P9711B180.X[0]Y[#852/2+#856/2]Z[#853/2+#857/2]；

在算例1的基礎(chǔ)上,算例2將提出的負(fù)荷頻率協(xié)調(diào)控制和滑模負(fù)荷頻率控制器應(yīng)用于柴儲(chǔ)混合電力系統(tǒng)中,對(duì)系統(tǒng)頻率進(jìn)行優(yōu)化控制。算例2的系統(tǒng)負(fù)荷頻率偏差值如圖4所示。

判斷4×φ22mm孔構(gòu)成的四邊形的整體傾斜方向，如果整體向下傾斜，方孔加工坐標(biāo)系則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；如果整體向上傾斜，方孔加工坐標(biāo)系則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，程序如下。

探頭偏心量校正以后，再次測(cè)量φ50mm標(biāo)準(zhǔn)孔，根據(jù)測(cè)量直徑偏差，設(shè)置為探頭的精度校正值，精度校正程序如下。

G65P9201S1.X0Y0Z-10.D55.R98.；測(cè)量直徑為50mm的標(biāo)準(zhǔn)孔

G65P9161H792.；將測(cè)量的直徑偏差值賦值為#792

G65P9101S1.X[#790]Y[#791]Z311.421

D6.F50R1000.A10.B10.H792.I0Q4.；探頭三次初始化，增加精度校正值

圖2 在線測(cè)量探頭

IF[#857GE#853]GOTO1000；如果整體往上傾斜，程序跳轉(zhuǎn)至1000

IF[#857LT#853]GOTO1001；如果整體往下傾斜，程序跳轉(zhuǎn)至1001

N1000；

G68R#858；坐標(biāo)系逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

GOTO1003；

N1001；

G68R-#858；坐標(biāo)系順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

GOTO1003；

N1003；方孔加工程序

……

至此，方孔加工完成。應(yīng)用在線測(cè)量技術(shù)加工的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組構(gòu)架端板方孔，經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)，方孔中心與4×φ22mm孔構(gòu)成的四邊形的中心重合，整體傾斜角度相等，加工結(jié)果滿足要求。

4. 結(jié)語(yǔ)

在線測(cè)量技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組構(gòu)架端板加工由手動(dòng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿詣?dòng)模式，提高了加工效率，避免了安全、質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。同時(shí)，探索了一種應(yīng)用于數(shù)控加工過(guò)程中的“精度校正+在線測(cè)量+設(shè)置坐標(biāo)系”在線測(cè)量模式，為在線測(cè)量技術(shù)的推廣奠定了基礎(chǔ)。