五轴加工中心触发式测头测量方法研究

2020-06-20

五轴加工中心触发式测头测量方法研究

  加工中心的工件检测有两种方法,一种是离线检测,另一种是在线检测。曲轴测量的传统方法是将加工后的曲轴放在专用的测量仪器或测量工具上,由该仪器手动或自动测量关键位置,评估几何要素的形状和位置误差,完成质量检验。在这种离线检测中,一旦工件的尺寸超出公差,就需要重新安装并对好工件,然后对偏差进行修复;这不仅消耗劳动时间,而且难以保证校正精度。在线检测可以直接对加工机床上的工件进行检测。如超差,可及时采取返修、加工等措施,保证加工精度。在线检测技术是质量控制技术的发展趋势。本文将触发探针系统应用于大型船用曲轴车削加工中心。加工中心具有高精度检测功能,完成曲轴几何尺寸和基本形状误差的检测。

  一、测量工艺系统构成

  该在线测量系统由触发式测头系统、西门子840D数控系统和车削复合工作台三部分组成。

  探头系统由TT25、WRP和wri三部分组成。探头长度为100mm,测量球直径为6mm。当需要沿不同矢量方向连续触发探头时,程序控制机床主轴沿矢量方向运动,以确保探头的单向触发点对准所需方向。工作过程:测量或校准程序启动后,控制系统发出指令,探头和无线电接收装置进入工作状态。当探针接触到工件表面和探针杆产生一个小倾角YZ在X轴方向或一定的收缩,常闭触点开关触发探测器打开,发出一个触摸信号,通过无线模块发送信号;控制器接收到无线电信号后,还向数控系统发出开关信号,通知数控系统触发探头。840D数控系统内部有测量指令。接收到触发信号后,锁定当前坐标,停止数控机床轴的运动。此时需要通过NC指令读取当前的坐标值并记录在变量中,即接触点坐标。然后通过指令将探头向后驱动到安全位置,一般为5毫米。然后开始下一个触点测量或返回到起始位置。

  二、测头标定

  测头标定是根据测头系统的测量误差模型,通过对标准件采集多个点数据,评价标准件的尺寸,从而反算误差模型中的参数。测量中将误差模型参数带人后,可得到修正后的测量值。

  测头沿yz方向发生摆转,x方向沿轴向回缩。y=y+dy;z=z+dz;x=x +dx;标准件能识别出触碰偏差,在单方向上直接触碰两个方向,默认两个方向上的误差值基本一致。

  从y正负向和z的正负向触碰圆环中心,得到圆环直径,触碰值之差-理论直径=触发偏差x2。测头只能从x负向触碰得到数值点,因此只需要标定x负向触发误差。同样通过接触x.上已知点位置,将读数值与已知值之差,即为标定值。

  完成标定工作,就可以进行工件的测量了。由于工件上的测量要素多为平面或者圆且与坐标轴平行或者垂直,因此测量点的触碰方向可以选择xyz轴正负方向,测量补偿值也较准确。

  3、实验研究

  在探头工作前,需要预先测量探头的触发延迟偏差,以确定探头在机坐标系中的位置,用于确定触发探头时探头位置与实际位置的偏差值。车削复合加工中心为五轴三联动,配备西门子840D控制系统,定位精度10mm,配备马波斯探头,测量重复性0.5mm。

  关于探头的校准程序,MARPOSS公司提供了标准加工中心和普通车床的测量和校准程序。但是,由于车削复合加工中心的坐标系和运动方式与两种机床的运动方式不一致,无法直接使用测量和校准程序。为此,开发了基于NC指令的测量校准子程序,提供用户调用。

  完成测量的步骤如下:(1)将已知外径的标准件安装到工件加工主轴上,使主轴轴线与标准件轴线一致。或安装一根测试棒,用外圆车刀加工出标准件,用千分尺准确夹住标准件的直径。用探头接触外圆,根据测圆原理,接触测点,得到多个测点。评估圆的直径,然后与标准圆的直径进行比较,通过模型计算误差。(2)探头在对刀前必须完成对刀,就像在使用刀具前对刀一样,确定探头在机床坐标系中的位置。将测量杆的长度和测量头的直径写入刀具补偿中,用于修正测量头在机床坐标系中的位置。(3)以上工作完成后,即可拾取测点。

  检测程序利用机床的G代码驱动探头与被测点接触。触发后,机床停止运动,读取触发时的坐标值,然后驱动机床反向运动,使探头与工件后退一定距离。

  校准程序基本上是全方位进行的。因此,这里只给出了x方向的标定程序。测量程序没有给出,源代码类似于校准程序。图3显示的路径的时间运动探测器,图中的字母标记是可以由用户设置的距离,3月saf避障距离,安全是起点的距离工作面,三次标准部分的尺寸,angl是可以设置的角度

  四、结论

  讨论了在五轴车铣复合加工中心加工的大型船用曲轴的触发探针检测方法。探头校准完成后,完成了探头的基本测量功能,测量了被加工端面之间的距离。精度可达20校规m,可满足大型曲轴粗加工的尺寸检测要求。该系统使用方便,检测精度高。复杂曲面测量中所涉及的探头的标定和测量方法有待进一步研究。

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