数控车床在线测量的应用与实践

一、在线测量的重要意义

1.提高加工效率:传统的离线测量需要将工件从机床上卸下,送至专用测量设备,耗时费力。在线测量可在加工过程中直接测量工件,减少非加工时间,提高加工效率。

2.缩短制造周期:在线测量与加工并行,减少工件在制造过程中的等待时间和物流时间,缩短制造周期,提高交付响应速度。

3.实现闭环控制:在线测量获得的尺寸数据可实时反馈给数控系统,通过比较实测值与目标值的偏差,自动调整刀具补偿参数,实现加工过程的闭环控制。

4.提升产品质量:在线测量可在加工早期发现工件尺寸误差,通过及时补偿或重新加工,避免废品的产生,从源头提升产品质量。

二、数控车床在线测量的方法

1.接触式测量:在刀架上安装接触式测头,通过编程控制测头接触工件表面,记录测头触发时的刀具坐标,计算工件尺寸。

-常用测头:有线测头(RenishawMP11)、无线测头(MarpossTBD)、模拟量测头(HeidenhainTS)等。

-优点:测量精度高,适用于各种材料和表面。缺点:测量速度慢,易受切屑和冷却液影响。

2.非接触式测量:在机床上集成光学测头或机器视觉系统,利用光学原理测量工件表面的位置和尺寸。

-常用方法:激光测距(KeyenceLK-G)、共焦测量(IFM3DExplorer)、影像测量(CognexIn-Sight)等。

-优点:测量速度快,非接触避免刮伤工件。缺点:易受表面光洁度、液体聚集等因素干扰。

3.超声波测量:利用超声波在工件表面的反射时间差,计算工件的壁厚、内外径等尺寸。

-常用设备:超声波测头(Olympus38DLPLUS)、超声波水浸探伤仪(GEPhasorXS)等。

-优点:可测量工件内部尺寸,适用于复杂截面。缺点:对工件材料和表面状态要求高。

4.电涡流测量:利用电涡流传感器与工件之间的耦合阻抗变化,测量工件的壁厚、缺陷等。

-常用设备:电涡流测头(Micro-EpsiloneddyNCDT)、涡流阵列探头(ETherNDEECA)等。

-优点:对工件无接触,可测量运动中的工件。缺点:仅适用于导电材料,易受工件电磁特性影响。

三、在线测量系统的关键技术

1.测头选择:根据被测工件的材料、尺寸、精度要求等,选择合适的测头类型和规格。

2.测头安装:设计测头安装座,优化测头布局,确保测头在测量过程中的稳定性和可重复性。

3.机床集成:在机床上预留测头接口,开发测量程序,实现测量功能与数控系统的无缝集成。

4.测量策略:优化测量点位置和数量,平衡测量时间和测量不确定度,提高测量效率和可靠性。

5.数据处理:采集测量数据,进行滤波、拟合、配准等处理,计算工件尺寸,评估几何误差。

6.补偿控制:将测量结果与设计尺寸比对,生成补偿值,修改数控程序或调整刀具补偿参数,实现实时补偿。

7.测量不确定度评定:采用MonteCarlo模拟等方法,分析影响测量结果的各种因素,评估测量系统的不确定度。

四、在线测量的应用实践

1.轴类零件:在数控车床上加工轴、销、螺杆等回转体零件,采用接触式测头测量外径、端面、台阶等尺寸,实现在线补偿,提高尺寸一致性。

2.套类零件:在数控车床上加工轴承套圈、液压缸筒等中空零件,采用超声波测头测量壁厚,控制内外径同轴度。

3.螺纹零件:在数控车床上加工螺栓、螺母等螺纹零件,采用影像测量系统测量螺距、螺纹角度等参数,监控螺纹加工质量。

4.非标零件:在数控车床上加工异形轴、凸轮等非标零件,采用扫描测头测量复杂截面的轮廓,生成加工路径,实现自适应加工。

五、推动在线测量技术发展的举措

1.加强基础研究:针对在线测量的测量原理、误差来源、补偿算法等开展基础研究,突破测量精度和速度的瓶颈。

2.开发智能测头:集成多种传感技术,提高测头的环境适应性、灵活性和智能化水平,实现测头的即插即用。

3.优化数控系统:在数控系统中集成在线测量功能,简化测量编程和操作,提供图形化的测量结果显示和分析。

4.推广标准接口:制定测头与数控系统之间的通信协议和数据格式标准,实现不同厂家产品的互联互通。

5.建设应用示范:在重点行业和领域建设在线测量应用示范线,积累应用经验,发挥示范带动作用。

六、小结

以上就是汉测为您总结的，数控车床在线测量是实现智能制造的重要手段,通过测量与加工过程的无缝集成,缩短制造周期,提高产品质量,降低生产成本。推动在线测量技术的创新发展,需要产学研用各方的通力协作,在基础理论、核心器件、软件算法、应用实践等方面持续攻关,加快科技成果向现实生产力的转化。