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機床在線檢測成為模具制造業新的工藝控制

應變儀測頭正在檢測一個計算機鼠標的注塑模。這種應變儀測試技術克服了采用普通接觸-觸發式探針測量不均勻的缺點，因為幾何形狀復雜的零件需要從各個方向接近。這種測頭使華盛頓州Redmond地區西部工業工具公司（Western Industrial Tooling）的加工精度保持在+0.0000～-0.013 mm之間，其生產的零件精度達到了客戶要求公差的25%　　用于更快速、更省力、更靈活生產的驅動機構使工業重點偏離了傳統的后工藝質量管理。在大多數車間中，zui昂貴而又不能創造價值的工作就是零件的檢驗。檢驗不合格的零件既浪費時間，又浪費財力和人力。現在的注意力不是集中在后期的檢測，而是轉移到前期的預防。其目的是為了從一開始，就按特別緊密的配合公差和zui少的加工時間生產出100%的合格產品。在這一宗旨下，機床上開始應用各種各樣的實踐技術，以達到更好的工藝控制目的。自動化的工藝檢測可以使工藝過程和零件處于控制狀態，以盡量減少因操作員干預而造成的停機時間。

　　工藝控制方面的這些改進對于模具制造業來說是十分關鍵的。絕大部分的模具加工具有一次成型的特點，因為較高的累計誤差值會被轉移到復雜的鑄型之中，這就要求我們必須一次就完成全部加工。同時，較短的交貨期和性的競爭也需要有更快的加工模具。為了盡量減少操作工人等因素的干擾，這些工藝控制系統為模具制造商增加了一對監控眼睛，有利于在長期加工和第二道、第三道工序中監控機床的加工情況。

　　機床的加工能力

　　為了預防缺陷的發生，企業必須具備編輯工藝文件的能力和保證機床的工藝精度的能力。為了達到這一目的，則需要按照國家承認和接受的標準，如按照ISO 230標準或ASME B5.54標準進行檢驗。這兩種標準都要求使用球桿和激光干涉儀按照所推薦的程序檢測機床的精度。采用這些標準的目的并不是規定機床必須滿足某一精度，而是要找出機床可以達到什么樣的精度水平。零件的書面資料規定企業的機床精度必須能生產合格的零件，并在這一地方設定精度*。經測試可以讓您了解您的機床能夠達到多高的水平。只要機床能夠達到那個精度*，就具備了工藝加工的能力。

　　現代的機床都具備測試和校準技術，而且也能夠提供這種技術，這樣車間能夠保證機床的精度并且正常運行。越來越多的工廠和大型車間擁有自己的激光干涉儀和電子設備，而小的工廠則可以通過各種渠道，利用商業化方式，以具有競爭性的價格通過租賃的方式獲得設備以及檢測服務。

　　實際上，現在可以為任何車間提供伸縮式球桿檢測器，用于機床的快速檢測，只要15min就可完成檢測任務，以維護機床的加工精度。采用球桿檢測可以地評價機床的幾何精度、正圓度和粘/滑誤差、侍服增益誤配、振動、齒隙、重復精度和標尺的誤配。一些球桿軟件可以根據ISO 230-4和ASME B5.54和B5.57標準提供特定誤差的診斷，然后提供一份普通的英語清單，按照對機床精度的整體影響順序，列出各種誤差的來源。這可以使機床維修人員直接針對有問題的地方進行處理。

　　階段性的球桿測試跟得上機床的性能發展趨勢。預防性的維護有利于在機床偏離工藝加工能力前事先做出計劃。工業上一般趨向于按照需要，而不是按照時間來校正機床。沒有理由為維護而抽出一臺正在從事生產的完好機器來進行校正。當發現有什么不正常的情況時，還是讓檢測球桿和生產的零件來確定。檢測期間可以繼續生產。
機上探針檢測

　　今天標準機床所能達到的精度和重復精度已經接近過去只有CMM坐標測量機才能達到的水平。這一功能可以使機床本身在關鍵的加工工藝階段，用探針對工件進行自動檢測。一旦機床安裝了測量儀器，測量探針就變成了操作員的CNC測量計。檢測程序可作為加工工藝中的一部分進行編程，并在各個點上自動運行，檢測尺寸和位置以及提供必要的補償。這樣可免除操作人員使用千分表和塞規進行測量，并消除人為因素造成控制系統中卡具、零件和刀具偏置所引起的誤差。機上檢測已成為工藝的一個部分，這是一個經過改進的強大的工藝工具，可在zui短的生產時間內，*次就制造出合格的零件。

　　可用于自動地確定零件的位置，然后建立起一個工作坐標系統，機上檢測可削減設置時間，提高主軸的利用率，降低卡具的成本和消除非生產加工通行時間。在復雜的零件加工方面，原先需要45min時間調試卡具，現應用檢測裝置只需45s并且全部由CNC自動操作完成。在開始加工鑄件或鍛件時，檢測裝置能確定工件的形狀，可避免因空切而浪費時間，并可幫助確定*的刀具切入角度。工藝過程中的控制是利用檢測裝置對切削過程中的機床特性、尺寸和位置進行監控，同時驗證每一加工工序各種特點之間的尺寸關系，以避免發生問題。可以對測頭編程，并按程序檢測各階段的實際加工結果，然后自動實現刀具補償，特別是在粗加工或半精加工以后。

　　參考檢測是將零件特點與一個尺寸樣板或已知位置和尺寸的基準表面進行比較，它能使CNC確定定位差距，然后產生一個偏移量來補償這一差距。在進行關鍵加工前，通過對仿造樣板的檢測，CNC就能夠針對樣板已知的尺寸檢查其自身的定位，然后對偏移量進行編程。如果尺寸樣板安裝在機床上并暴露于同樣的環境條件下，那么可使用參考檢測監控和補償熱膨脹系數。其所產生的結果是一個閉路循環過程，不會受到操作員影響。

　　每臺機床在其運動過程中以及在其結構中都存在許多自身固有的小誤差，因此，在CNC的編程位置與刀尖真實位置之間總是存在著一點微小的差距，即使在兩者之間經過激光補償調節至相當一致以后。可編程人造樣板檢測是進一步補償機床其余誤差的好方法。它可為工藝控制提供反饋，能夠使定位精度接近機床重復精度的規范要求。這種閉路工藝控制可以使加工中心的加工精度達到鏜銑床和其他精密機床的加工水平。

　　許多探針檢測操作通過使用內存駐留宏指令程序完成。工作坐標的更新、刀具幾何形狀的改變以及零件的測量等，由CNC在成功完成探針檢測周期后自動確定。這就能消除由錯誤信息鏈接或錯誤計算所造成的嚴重誤差。用于加工以后的零件檢驗，通過探針檢測可以減少脫機檢驗的長度和復雜性，在某些情況下甚至可以將其全部消除。由于大型昂貴的工件移動起來非常困難，而且又很費時間，所以機上檢驗特別有利于大型昂貴的工件。

　　在這里還可以采用兩種方法來完成參考檢測，即采用機床相關性檢測法，將機上測量的數據與以前的CMM測量機數據進行比較；或采用仿造樣板檢測法，將機上數據與已知尺寸的可追溯性仿造樣板進行比較。在進行這一比較時，CNC能夠確定機床是否已真正達到規定的加工公差。根據這些結果，就能做出明智的決定，對仍然留在機床上的工件采取正確的處理方法。
非接觸式激光對刀

　　激光對刀儀為驗證刀具的尺寸提供了一個快速的自動化方法，特別在模具制造中，對檢驗長期加工后的刀具磨損，起著關鍵的作用。激光對刀儀是高速、高精度調刀和檢測刀具斷裂的有效方法，具有良好的成本效益，在工作狀態下，當刀具通過激光束分度或以正常的速度旋轉時，它能迅速地測量其長度和直徑。隨主軸速度工作的激光檢測可鑒別因主軸、刀具和刀座夾持不協調和徑向振動而引起的誤差，這一功能是采用靜態對刀系統是無法實現的。有些NC數控對刀儀可以在zui高橫向行程時檢測斷??。

　　當刀具通過激光束運動時，系統電子裝置就會檢測到激光束的中斷，同時向控制器發出一個輸出信號。NC數控系統可以在激光束的任何地方地測量zui小直徑為0.2 mm的刀具。當激光束超過50%閾值而被所檢測的刀具阻斷時，就會觸發系統。非接觸式對刀系統采用的是在加工條件下可靠的紅色可見光二極管激光器。

　　先進的電子元件和簡化的設計使非接觸式對刀替代了接觸式系統。由于沒有任何運動部件，實際上可以使NC數控系統免于維護。這種設計不存在接觸式系統所需的框架和執行機構。有些NC數控激光對刀儀帶有保護系統，安裝在一個結實的不銹鋼裝置內，內部充有不間斷的壓縮空氣，即使在測量的過程中，也可防止污染物質、切屑、石墨和冷卻液的侵入。這些系統幾乎還可以安裝在各種尺寸和各種外形的機床上，而對機床的工作不會造成任何影響。

　　提高工藝水平的強大工具等這些技術的成熟應用以及可支配性對于提高模具加工的自動化水平并實現更好的工藝控制有很大好處。它們能夠使模具制造商以更高的幾何精度和尺寸精度更快地生產模具，幾乎不需要操作員參與、返工或手工精加工作業。

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