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1、數(shù)控加工在線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用探討術(shù)ApplicationofOn-LineMeasurementTechnologyinNCMachiningProcess成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司數(shù)控加工廠隋少春楚王偉李衛(wèi)東隋少春畢業(yè)于清華大學(xué)機(jī)械工程系。2009年8月至今任職于中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司數(shù)控加工廠，主要從事數(shù)控加工工藝技術(shù)．在線測(cè)量等研究工作。數(shù)控加工中，零件測(cè)量貫穿整個(gè)過(guò)程，為檢驗(yàn)零件質(zhì)量、優(yōu)化加工工藝以及后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程提供依據(jù)，具有重要意義。隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)量技術(shù)也得到了非
2、常迅猛的發(fā)展。在一些制造環(huán)節(jié)中，具有高測(cè)量精度的測(cè)量機(jī)已經(jīng)逐漸替代了傳統(tǒng)的量具測(cè)量，無(wú)論是在測(cè)量精度+國(guó)家863項(xiàng)目(2008AA042403)資助。44航空制造技術(shù)·2010年第22期在線測(cè)量技術(shù)是指通過(guò)在線測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件加工后保持位置不變、直接對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)。在線測(cè)量系統(tǒng)一般是在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上開發(fā)集成測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。還是在測(cè)量效率方面都得到了極大的提高【l】。通過(guò)測(cè)量機(jī)對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量是一種典型的離線測(cè)量形式。近年來(lái)，隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在線測(cè)量成為可能，在線測(cè)量技術(shù)也得到了一定的發(fā)展。在線測(cè)量技術(shù)
3、是指通過(guò)在線測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件加工后保持位置不變、直接對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)。在線測(cè)量系統(tǒng)一般是在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上開發(fā)集成測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。在線測(cè)量是相對(duì)于離線測(cè)量而言的，離線測(cè)量是指零件加工后搬運(yùn)到指定地點(diǎn)通過(guò)固定的測(cè)量設(shè)備對(duì)所加工零件進(jìn)行測(cè)量。由于加工與測(cè)量不是同步進(jìn)行的，離線測(cè)量往往要對(duì)零件進(jìn)行搬運(yùn)、重復(fù)裝夾等操作。相比較而言，在線測(cè)量適用情況更廣、生產(chǎn)效率更高(如表1所示)，是實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。根據(jù)測(cè)量方式的不同，在線測(cè)量可分為接觸式在線測(cè)量和非接觸式在線測(cè)量2種。隨著數(shù)控機(jī)床測(cè)頭技術(shù)的發(fā)展，
4、數(shù)控加工的接觸式在線測(cè)量技術(shù)的硬件系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)相對(duì)較成熟。但是，由于各方面因素的制約，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)對(duì)在線測(cè)量技術(shù)缺乏認(rèn)識(shí)，在線測(cè)量技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。特別是對(duì)于航空結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)而言，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、高精度的加工要求、不穩(wěn)定的加工工藝、難度大的加工特性以及昂貴的成本都需要對(duì)零件進(jìn)行全生產(chǎn)周期的監(jiān)控，并且需要更先進(jìn)的測(cè)量手段來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)難表1在線測(cè)量與離線測(cè)量的對(duì)比測(cè)量零件的測(cè)量，在線測(cè)量技術(shù)就成了保證零件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的一個(gè)重要手段[21。在線測(cè)量的系統(tǒng)組成充分利用數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)及加工平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量技術(shù)
5、的基礎(chǔ)。近年來(lái)，中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司數(shù)控加工廠聯(lián)合清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)及西北工業(yè)大學(xué)開發(fā)了接觸式在線測(cè)量系統(tǒng)，并且進(jìn)行了工程化應(yīng)用的探索，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。本文正是基于此系統(tǒng)對(duì)在線測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分析討論的。數(shù)控加工系統(tǒng)宏觀上由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的連接。其中，典型的硬件系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)和一些相關(guān)的附屬系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)是發(fā)展相對(duì)成熟的數(shù)控程編軟件模塊和一些相關(guān)后置處理軟件。與數(shù)控加工系統(tǒng)相比，在線測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)主要依托數(shù)控加工系
6、統(tǒng)，所以在線測(cè)量系統(tǒng)與數(shù)控加工系統(tǒng)有很多相似之處。如圖1所示，本文涉及的接觸式在線測(cè)量系統(tǒng)是基于數(shù)控程編軟件進(jìn)行再開發(fā)、利用數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，其軟硬件系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)連接。類似于數(shù)控加工系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)的主體是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)和測(cè)頭；軟件系統(tǒng)是通過(guò)再開發(fā)，實(shí)現(xiàn)類似于數(shù)控程編的在線測(cè)量程編，得到機(jī)床能夠識(shí)別進(jìn)行測(cè)量的NC代碼。在線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用流程在線測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用對(duì)數(shù)控加工流程產(chǎn)生了一定的影響。這主要體現(xiàn)在測(cè)量與加工的即時(shí)反饋上。隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控加工一離線測(cè)量
7、的制造流程已經(jīng)發(fā)展得相對(duì)成熟，這也是一種實(shí)際應(yīng)用廣泛的制造流程。圖2所示為一種在線測(cè)量軟件部分(PC機(jī))在線測(cè)量執(zhí)行部分(硬件)測(cè)量點(diǎn)—一●規(guī)劃一I但伽I¨任廠r_I犴仔l(wèi)檢測(cè)數(shù)一伺服系統(tǒng)H機(jī)霎舞刊數(shù)程序控?cái)?shù)據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)檢測(cè)系測(cè)量理分析結(jié)果據(jù)通數(shù)據(jù)統(tǒng)·一轉(zhuǎn)換器H側(cè)頭I論數(shù)據(jù)與處顯示采信、凸理集測(cè)量測(cè)量系統(tǒng)r子程序庫(kù)誤差標(biāo)定．檢測(cè)檢測(cè)數(shù)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)測(cè)量}’報(bào)告據(jù)管理誤差數(shù)據(jù)圖1在線測(cè)量系統(tǒng)組成典型的數(shù)控加工一離線測(cè)量的制造流程。數(shù)控加工一離線測(cè)量的制造流程中，加工系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的，測(cè)量是對(duì)力D-r-結(jié)果
8、進(jìn)行檢驗(yàn)的一種手段。NO豳2數(shù)控加工一離線測(cè)量流程對(duì)于數(shù)控加工一在線測(cè)量系統(tǒng)而言，加工系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)是統(tǒng)一的，其具體流程如圖3所示。在線測(cè)量減少了工序測(cè)量中拆卸、搬運(yùn)和裝夾等操作，簡(jiǎn)化了制造流程，使生產(chǎn)流程“扁平化”，大大提高了生產(chǎn)效率。另外，數(shù)控加工工藝與在線測(cè)量工藝之間相互影響，產(chǎn)生反饋，在線測(cè)量能夠直接為加工工藝的制定提供實(shí)際依據(jù)，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的提升、加工工藝的優(yōu)化具有積極意義。圖4是數(shù)控加工
