文/石旭東·北京奔馳汽車有限公司

模具精度控制的重要性模具是汽車覆蓋件批量生產(chǎn)的核心，其使用周期伴隨對應(yīng)車型生產(chǎn)的整個過程，因此模具制造階段的精度控制是至關(guān)重要的。

高精度的模具制造，帶來的利好包括：第一，充分實現(xiàn)前期的工藝設(shè)計，保證制造出的模具實物與設(shè)計方案完美吻合；第二，模具一次上機就要加工到位，避免二次返工帶來的成本增加以及對項目關(guān)鍵時間節(jié)點的影響；第三，充分發(fā)揮高精加工設(shè)備和技術(shù)的優(yōu)勢，大幅度縮減調(diào)試階段鉗工優(yōu)化的工作量和周期，降低個人技術(shù)差異對模具狀態(tài)的影響；第四，交付的高精度模具，是零件穩(wěn)定序列化生產(chǎn)的保證。

行業(yè)常見精度監(jiān)測方案介紹及弊端

影響模具加工精度的因素有很多，包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計強度、材料性能、加工工藝、裝卡方案、機床精度等多方面?？刂埔陨弦蛩赝瑫r積累經(jīng)驗并持續(xù)改進，是高精度模具制造的基礎(chǔ)。

模具加工后的精度檢測工作是確認模具精度合格、完成質(zhì)量閉環(huán)的關(guān)鍵。目前行業(yè)常見的精度檢測方案包括以下三個。

方案1：

曲面檢測(圖1)。程序驅(qū)動球頭刀具以線驅(qū)動的方式執(zhí)行理論軌跡，采取有限取樣的方式，通過塞規(guī)檢測刀具和模具的間隙，從而獲得曲面的加工偏差。該方案的缺點包括，屬于半自動測量方式，操作者需要頻繁啟停刀具進給、進出模具、塞規(guī)測量、手動記錄數(shù)據(jù)，過程復(fù)雜，周期長；測量點憑操作者經(jīng)驗控制，無法按照編程者意圖精確控制；測量結(jié)果受操作者水平和熟練度影響，變得不穩(wěn)定；刀具有損傷模具的風(fēng)險。

圖1 借助塞規(guī)實施曲面測量

曲線測量(圖2)。程序驅(qū)動杠桿表沿著曲線行進，采取有限取樣的方式，通過讀取杠桿表數(shù)值，獲得加工偏差。該方案的缺點包括，屬于半自動測量，需要頻繁操作，周期長；測量點由操作者確定，無法按照編程者意圖精準控制。

圖2 利用杠桿表實施曲線測量

方案2：

使用接觸式巡邊器代替刀具和杠桿表實施測量(圖3)，缺點包括，仍然屬于半自動測量，需要頻繁操作，周期長；測量點無法按照編程者意圖控制；無法實現(xiàn)法線方向測量，存在測量偏差。該方案僅僅是解決了刀具損傷模具的風(fēng)險。

圖3 光電式尋邊器測量曲面

方案3：

都說結(jié)婚是人生大事，從要登記何東就開始思考自己的人生：他就準備這么過下去了？朝九晚五，結(jié)婚生子，地球上大多數(shù)人都這么過的……這是他想要的生活嗎？

使用藍光設(shè)備離線掃描(圖4)，檢測加工精度。該方案的優(yōu)點，不同于上述方案的有限取樣方式，掃描數(shù)據(jù)可以全面檢測加工精度；不存在損傷模具的風(fēng)險。缺點，掃描精度低于數(shù)控檢測精度；對于掃描資源不富裕的工廠，無法做到每個模具都進行掃描；最大的問題是，如果離線檢測發(fā)現(xiàn)問題，模具需要返回機加工，重新裝卡加工，完成返修，造成制造周期拉長，對整個項目周期控制是十分不利的。

圖4 藍光掃描設(shè)備檢測曲面

在線測量技術(shù)的介紹和關(guān)鍵技術(shù)點

在線測量技術(shù)( 圖5、圖6) 是利用機床自帶的高靈敏度接觸式探頭，通過程序驅(qū)動探頭到達測量點，并自動實施法向測量動作，同時自動記錄測量結(jié)果至機床文件，編程軟件可自動讀取測量結(jié)果，并分析偏差值，出具測量報告。整個過程屬于全自動測量，無需人工參與，效率和穩(wěn)定性都有保障；測量點根據(jù)編程者意圖由程序精確控制；接觸式探頭有超程保護，不存在損傷模具的風(fēng)險；測量精度不受人工干預(yù)，精度高且穩(wěn)定；測量過程的高效在線實施，可以節(jié)約占用機床時間，同時，若發(fā)現(xiàn)精度問題，可及時實施維修，避免二次裝卡的時間浪費。

圖5 在線測量技術(shù)-曲面測量

圖6 在線測量技術(shù)-曲線測量

在線測量技術(shù)的研發(fā)過程包括的關(guān)鍵技術(shù)點有六個方面：

⑴測量程序編制，關(guān)鍵是實現(xiàn)了法向測量(圖7)，編程者只需在曲面上選取測量點，設(shè)置法向接觸距離和過行程距離以及安全高度等基本參數(shù)，軟件會自動生成測量軌跡，同時配合軟件的虛擬機床技術(shù)，可實現(xiàn)程序模擬，避免機床碰撞。

圖7 法向測量

⑵探頭關(guān)鍵動作的控制代碼(OKUMA 系統(tǒng))包括以下內(nèi)容。

* CALL OO16 測量頭打開；

* CALL OO17 測量頭關(guān)閉；

* 探頭在行進過程中，接觸到物體會停止，可讀取機床當(dāng)前位置并補償運算，獲得測量點坐標；

* M130 關(guān)閉主軸無轉(zhuǎn)速無法進給的限制條件，探頭進給時的轉(zhuǎn)速為0。

⑶探頭偏差的補償包括：讀取測量頭X+/X-/Y+/Y-四個方向的半徑補償和長度補償；將偏差值在XYZ 三個方向上做分量補償，抵消探頭的校準偏差。偏差分析如圖8 所示。

圖8 偏差分析

⑷探頭精度的定期校準。參考機床的相關(guān)指導(dǎo)文件，嚴格按照要求周期做精度校準，保證探頭的精度合格。

⑸測量結(jié)果的自動記錄。[VMOFX+VZOFX[VACOD]-VSAPX] 獲得機床當(dāng)前位置坐標，并記錄至后臺文件。

⑹測量結(jié)果的分析和測量報告。讀取機床的測量文件，將測量點在軟件中實體化，并分析出與理論值的偏差，出具相關(guān)測量報告，如圖9 所示。

圖9 測量報告

結(jié)束語

在線測量技術(shù)可明顯提高汽車模具制造行業(yè)檢測的精度、效率、安全性，相對傳統(tǒng)方案有明顯優(yōu)勢，是控制模具精度、形成質(zhì)量閉環(huán)的關(guān)鍵技術(shù)。