数控机床的检测与设备改良研究

李伦兴，孙茂悦，黄圆圆

沈阳机床股份有限公司沈一车床厂，辽宁 沈阳 110142

在任何的生产和加工过程中，检测属于确保产品质量的唯一保证，检测技术的高低直接决定着精密制造业的发展前景。近几年，随着我国计算机技术和数控技术的不断壮大和发展，生产加工企业对在线检测技术在不断地更新和完善。在线检测的优点就是能够避免所有的离线检测而导致的二次装夹的误差，不但缩短了整个零件的搬运周期和生产时间，而且还能直观有效地发现问题和解决问题，所以在线检测技术的发展有着不可或缺的意义。如何提高企业生产过程中的在线检测效率和精度，就必须要有针对性科学地进行检测设计。

1 数控设备在线检测系统

在线检测系统是将计算机完全引入到数控机床中，客观地说在线检测实际就是对“探测头+数控机床”的补充和改良，主要是依据计算机的强大存储和计算功能，再利用软件技术逐步改进自动检测的效率、精度以及可操作性，从而实现了整个测量结果和测量过程的直观可视性，把数控机床生产加工过程中的在线检测技术提升到一个历史的最高点。

2 数控设备在线检测的可行性

一触发式测头系统和一些相关的测试程序是整个数控机床配备中关键环节，这种系统和程序的结合就完好地构成了生产企业的在线检测系统。如果本系统能够把检测和加工集成到一起，就可完全实现了整个加工生产过程中的所有自动检测。在线检测系统最主要的部件主要有计算机、数控机床、工件和测头。它的实现步骤为，第一要在具体的计算机上完成相应的自动检测的实际代码，然后再把检测代码经过RS-232的串行通讯接口具体传输给需要检测的数控机床，这样就可以让机床的伺服系统进一步驱动所有的工作部件，从而逐步带动了探测头，之后再按照所设计的检测程序的具体要求进行检测；第二当测头对整个工件实行检测的过程中就会发出相应的触发信号，然后再通过数控系统的专用接口和测头逐步转变成数控系统能够准确辨认的信号，之后再通过数控系统进行记录测点的具体坐标，最后在按照检测程序再执行第二个动作；第三在软件系统的控制之下，我们可以对整个系统的检测结果逐一补偿、计算、可视化及数据库链接等所有项的数据处理，这样就能相对比较准确地完成整个检测步骤。其实在线检测系统就是通过将检测与加工过程设计在同一台设备中，从而避免了辅助时间长、重复装夹、多次定位误差等问题。因为整个过程均是由数控程序进行控制，所以能够实现整个检测过程的自动化，在线检测属于软件自动控制的一种新型检测技术。如今使用最广的测头主要是还是触发式测头，它的价格相对比较低，而且可靠性也很强。

3 直线度的检测

直线度其实就是实际被测的直线对理论直线的一个变动量。众所周知，直线度公差其允许的最大变动量，是完全可用来控制一个具体的表面之上任何一条线，它是在给定的具体平面内或给定的两个方向上互相垂直的直线度误差。

3.1 测点的分布及法矢的确定

通常情况下，零件的表面其中任何一条直线段上的不同的点都是直线度的在线检测的对象。这里所说的直线度在线检测是基于CAD的一种在线检测直线度，所以一定要先构造一条直线段，之后才能在这条直线段的具体有效的线段上进行比较合理的分布相应测点。通常，构造的这些直线段一般都是处在零件某一平面上的表面上。

一般情况下，我们把直线段上具体测点都是划分为两种，一种是无规则的，一种是有规则的。具体的检测过程中直线度在线检测的测点的实际分布都是反映了整个待测零件的基本形状；另外，在测点的合理分布的情况之下，如果测点的数量越多，那么整个测量的误差结果就会很小。所以在一些高精度的测量过程中，一定要适当地进行增加一些测点数。当这些测点生成后，必须要首先考虑到测点的法矢。其实，测点的法矢还是依据测点所处的曲面的形状来决定的。一般情况下，在线检测直线度所分布的测点都是在在圆柱的侧表面上或平面上。

3.2 路径的规划

测点的法矢和位置已经确定之后，就要根据具体情况进行规划相应的路径。规划路径的主要原因就是为了进一步实现整个检测工作的快速性、有序性、高效性，只有经过了具体的规划才能确保在检测时工件与测头无端碰撞，所以必须要对检测路径进行一个科学合理的规划。为了缩短整个测头在检测时的移动距离，检测顺序通常都是在最边上的点逐步开始。为了确保整个检测的精度和效率，我们可以把测头的相应移动速度划分成两类：其一属于高速，就是在测头不是近距离地靠近整个部件的表面时，通常都是把移动测头的速度调成高速；其二属于低速，就是在测头近距离地靠近整个零件的表面时，把移动测头的速度调成低速。测头应该先从测点的Pl法矢方向，把测点Pl作为整个测试的起始点，高速移动到点N1的时候，之后低速就会对P1点进行具体的检测。当测点Pl在检测完后，测头高速就会回退到Bl点，最后再移动到P2的检测起始点A2进行P2点的检测。从上所述，遵循整个测量的路径，反复进行测量，直至到完成了整个在线检测的工作。

3.3 直线度误差的计算

参照国家标准GB/T11369-1989 ，不同方向的直线度误差是包容实际最小区域圆柱面的直径。空间直线度误差评定的主要方法有以下几种：遗传基因算法、两端点连线法、最小包容区域法、网络分离法及最小二乘法。因为最小二乘法相对比较简单，所以通常都是选用最小二乘法来进行评定整个直线度误差。

4 结论

在数控机床生产企业所进行的在线检测，能够避免所有的离线检测而导致的二次装夹的误差，不但缩短了整个零件的搬运周期和生产时间，而且还能直观有效地发现问题和解决问题，所以在线检测技术的发展有着不可或缺的意义。为了提高检测效率和进一步提高检测的精度，不同的检测对象要考虑采取不同的检测方法。特别是针对不同规则特征的在线检测，其检测方法有的相差很大，但其检测的流程却大致相同。

[1]刘利剑，等.加工中心在线测量功能的实现[J].机械工程师，2009(12)：19-21.

[2]孙志海.基于CAD的加工中心在线检测系统研究与开发[D].河北：河北工业大学，2008.