机床在线检测为模具制造业提供更好的工艺控制

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应变仪测头正在检测一个计算机鼠标的注塑模。这种应变仪测试技术克服了采用普通接触-触发式探针测量不均匀的缺点，因为几何形状复杂的零件需要从各个方向接近。这种全方位测头使华盛顿州Redmond地区西部工业工具公司(Western Industrial Tooling)的加工精度保持在+0.0000～-0.013 mm之间，其生产的零件精度达到了客户要求公差的25%　　用于更快速、更省力、更灵活生产的驱动机构使工业重点偏离了传统的后工艺质量管理。在大多数车间中，最昂贵而又不能创造价值的工作就是零件的检验。检验不合格的零件既浪费时间，又浪费财力和人力。现在的注意力不是集中在后期的检测，而是转移到前期的预防。其目的是为了从一开始，就按特别紧密的配合公差和最少的加工时间生产出100%的合格产品。在这一宗旨下，机床上开始应用各种各样的实践技术，以达到更好的工艺控制目的。自动化的工艺检测可以使工艺过程和零件处于控制状态，以尽量减少因操作员干预而造成的停机时间。
工艺控制方面的这些改进对于模具制造业来说是十分关键的。绝大部分的模具加工具有一次成型的特点，因为较高的累计误差值会被转移到复杂的铸型之中，这就要求我们必须一次就完成全部加工。同时，较短的交货期和全球性的竞争也需要有更快的加工模具。为了尽量减少操作工人等因素的干扰，这些工艺控制系统为模具制造商增加了一对监控眼睛，有利于在长期加工和第二道、第三道工序中监控机床的加工情况。
  `- s1 l' a' S" w  p  o机床的加工能力
* l* y% d( S( |' |  o$ v　　为了预防缺陷的发生，企业必须具备编辑工艺文件的能力和保证机床的工艺精度的能力。为了达到这一目的，则需要按照国家承认和接受的标准，如按照ISO 230标准或ASME B5.54标准进行检验。这两种标准都要求使用球杆和激光干涉仪按照所推荐的程序检测机床的精度。采用这些标准的目的并不是规定机床必须满足某一精度，而是要找出机床可以达到什么样的精度水平。零件的书面资料规定企业的机床精度必须能生产合格的零件，并在这一地方设定精度标杆。经测试可以让您了解您的机床能够达到多高的水平。只要机床能够达到那个精度标杆，就具备了工艺加工的能力。

8 B+ T1 u) q8 b' u7 y　　现代的机床都具备测试和校准技术，而且也能够提供这种技术，这样车间能够保证机床的精度并且正常运行。越来越多的工厂和大型车间拥有自己的激光干涉仪和电子设备，而小的工厂则可以通过各种渠道，利用商业化方式，以具有竞争性的价格通过租赁的方式获得设备以及检测服务。
　　实际上，现在可以为任何车间提供伸缩式球杆检测器，用于机床的快速检测，只要15min就可完成检测任务，以维护机床的加工精度。采用球杆检测可以精确地评价机床的几何精度、正圆度和粘/滑误差、侍服增益误配、振动、齿隙、重复精度和标尺的误配。一些球杆软件可以根据ISO 230-4和ASME B5.54和B5.57标准提供特定误差的诊断，然后提供一份普通的英语清单，按照对机床精度的整体影响顺序，列出各种误差的来源。这可以使机床维修人员直接针对有问题的地方进行处理。
0 i3 Y2 r/ h3 n! u% H　　阶段性的球杆测试跟得上机床的性能发展趋势。预防性的维护有利于在机床偏离工艺加工能力前事先做出计划。工业上一般趋向于按照需要，而不是按照时间来校正机床。没有理由为维护而抽出一台正在从事生产的完好机器来进行校正。当发现有什么不正常的情况时，还是让检测球杆和生产的零件来确定。检测期间可以继续生产。
8 ]! B" s' L( O% [/ f; ]8 @! t机上探针检测
　　今天标准机床所能达到的精度和重复精度已经接近过去只有CMM坐标测量机才能达到的水平。这一功能可以使机床本身在关键的加工工艺阶段，用探针对工件进行自动检测。一旦机床安装了测量仪器，测量探针就变成了操作员的CNC测量计。检测程序可作为加工工艺中的一部分进行编程，并在各个点上自动运行，检测尺寸和位置以及提供必要的补偿。这样可免除操作人员使用千分表和塞规进行测量，并消除人为因素造成控制系统中卡具、零件和刀具偏置所引起的误差。机上检测已成为工艺的一个部分，这是一个经过改进的强大的工艺工具，可在最短的生产时间内，第一次就制造出合格的零件。
　　可用于自动地确定零件的位置，然后建立起一个工作坐标系统，机上检测可削减设置时间，提高主轴的利用率，降低卡具的成本和消除非生产加工通行时间。在复杂的零件加工方面，原先需要45min时间调试卡具，现应用检测装置只需45s并且全部由CNC自动操作完成。在开始加工铸件或锻件时，检测装置能确定工件的形状，可避免因空切而浪费时间，并可帮助确定最佳的刀具切入角度。工艺过程中的控制是利用检测装置对切削过程中的机床特性、尺寸和位置进行监控，同时验证每一加工工序各种特点之间的精确尺寸关系，以避免发生问题。可以对测头编程，并按程序检测各阶段的实际加工结果，然后自动实现刀具补偿，特别是在粗加工或半精加工以后。
　　参考检测是将零件特点与一个尺寸样板或已知位置和尺寸的基准表面进行比较，它能使CNC确定定位差距，然后产生一个偏移量来补偿这一差距。在进行关键加工前，通过对仿造样板的检测，CNC就能够针对样板已知的尺寸检查其自身的定位，然后对偏移量进行编程。如果尺寸样板安装在机床上并暴露于同样的环境条件下，那么可使用参考检测监控和补偿热膨胀系数。其所产生的结果是一个闭路循环过程，不会受到操作员影响。
　　每台机床在其运动过程中以及在其结构中都存在许多自身固有的小误差，因此，在CNC的编程位置与刀尖真实位置之间总是存在着一点微小的差距，即使在两者之间经过激光补偿调节至相当一致以后。可编程人造样板检测是进一步补偿机床其余误差的好方法。它可为工艺控制提供反馈，能够使定位精度接近机床重复精度的规范要求。这种闭路工艺控制可以使加工中心的加工精度达到镗铣床和其他精密机床的加工水平。
　　许多探针检测操作通过使用内存驻留宏指令程序完成。工作坐标的更新、刀具几何形状的改变以及零件的测量等，由CNC在成功完成探针检测周期后自动确定。这就能消除由错误信息链接或错误计算所造成的严重误差。用于加工以后的零件检验，通过探针检测可以减少脱机检验的长度和复杂性，在某些情况下甚至可以将其全部消除。由于大型昂贵的工件移动起来非常困难，而且又很费时间，所以机上检验特别有利于大型昂贵的工件。
- x: G# \+ t, ?% Z　　在这里还可以采用两种方法来完成参考检测，即采用机床相关性检测法，将机上测量的数据与以前的CMM测量机数据进行比较；或采用仿造样板检测法，将机上数据与已知尺寸的可追溯性仿造样板进行比较。在进行这一比较时，CNC能够确定机床是否已真正达到规定的加工公差。根据这些结果，就能做出明智的决定，对仍然留在机床上的工件采取正确的处理方法。
非接触式激光对刀
5 \6 p; u! S, A' W- [, S& T- z　　激光对刀仪为验证刀具的尺寸提供了一个快速的自动化方法，特别在模具制造中，对检验长期加工后的刀具磨损，起着关键的作用。激光对刀仪是高速、高精度调刀和检测刀具断裂的有效方法，具有良好的成本效益，在工作状态下，当刀具通过激光束分度或以正常的速度旋转时，它能迅速地测量其长度和直径。随主轴速度工作的激光检测可鉴别因主轴、刀具和刀座夹持不协调和径向振动而引起的误差，这一功能是采用静态对刀系统是无法实现的。有些NC数控对刀仪可以在最高横向行程时检测断裂的刀具，以进一步使非切削时间降低到最低限度。
　　当刀具通过激光束运动时，系统电子装置就会检测到激光束的中断，同时向控制器发出一个输出信号。NC数控系统可以在激光束的任何地方精确地测量最小直径为0.2 mm的刀具。当激光束超过50%阈值而被所检测的刀具阻断时，就会触发系统。非接触式对刀系统采用的是在加工条件下可靠的红色可见光二极管激光器。
　　先进的电子元件和简化的设计使非接触式对刀替代了接触式系统。由于没有任何运动部件，实际上可以使NC数控系统免于维护。这种设计不存在接触式系统所需的框架和执行机构。有些NC数控激光对刀仪带有保护系统，安装在一个结实的不锈钢装置内，内部充有不间断的压缩空气，即使在测量的过程中，也可防止污染物质、切屑、石墨和冷却液的侵入。这些系统几乎还可以安装在各种尺寸和各种外形的机床上，而对机床的工作不会造成任何影响。
　　提高工艺水平的强大工具等这些技术的成熟应用以及可支配性对于提高模具加工的自动化水平并实现更好的工艺控制有很大好处。它们能够使模具制造商以更高的几何精度和尺寸精度更快地生产模具，几乎不需要操作员参与、返工或手工精加工作业。
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