探析三维测头在数控加工中的应用

陈明柏

摘 要：数控机床是一种装载有一定程序控制系统的自动化机床，其性能的优良与否同机床附属物件的选择是否恰当具有密切的关系。文章对三维测头解决工件在数控机床上的位置、坐标系、对刀以及对工件的在线测量等问题的解决措施作一简单的探讨。

关键词：三维测头；数控加工；应用

数控机床拥有普通机床三倍的工作效率，因此我国企业对数控机床的应用十分重视，数控机床的发展速度很快。随着数控机床使用范围的扩大，工作人员在使用数控机床中发现了一些问题，比如：待加工零件在数控机床上的位置调整颇为繁杂、数控机床的利用率及工件加工效率问题。企业迫切希望在保证数控机床加工工件质量的前提下解决上述问题。文章通过对EP6B型三维测头的介绍来说明三维测头在数控加工中的应用问题。

1 三维测头的应用原理

EP6B型三维测头属于导电式测头中的一种重要类型，它主要是由测针、柄部、测头主体三大部分组成的。绝缘体将柄部和测针之间分隔开来，充电电池所提供的工作电压为3.5V。当三维测头进行测量作业时，测针尖端的球形触头将会同工件相接触。在测头内部设有一个常开电路，此电路与机床的主体和工件之间产生一个回路，测头内部的电路由此回路来驱动，进而产生光电信号，光电信号通过相关的光纤传输到相应的设备经过解析显示在显示屏上，这样工作人员就可以从显示屏上读取该点的“测量值”。工作人员通过对不同点的测量确定这些点的位置关系及球型触头直径在测量过程中同测量数据之间的补偿关系。通过对这些数据进行简单的计算工作人员就可以得出高精度的测量结果。当触头快要接触到工件的时候，工作人员应当将档位调至手动挡，手动控制三维测头慢速接近，当接触到工件的时候立刻离开，这样反复操作2到3次，用来确定触头和工件之间刚好接触时的精确位置。这种反复接触虽然麻烦但对测量精确度的提高却是非常有帮助的。

2 三维测头的应用

2.1 确定工件安装位置

由于我们所加工的产品同一般的产品不同，具有一定的特殊性和加工精度，工厂对所加工产品的合格率及质量的要求比较高有的甚至要求工件合格率达到百分之百。下面，笔者以一台大型数控镗铣床为例子对工件安装的位置做一下讲解。数控镗铣床的主要功用就是用来完成工件的精加工工序。对于需要进行精加工的工件来说，工件在机床上的安装位置正确与否对工件的加工质量产生的影响是巨大的。我们以一台弹体安装架的下体示意图来进行解说，本台机床的生产批量比较小，且工件的粗加工工序已经在普通机床上加工完毕。在工件精加工的时候，工作人员应当保证结合面具有一定的加工余量，这就对工作人员的技术水平有一定的要求，加工过程中工作人员应当严格的保证工件的下表面与机床坐标轴的平行度，并且，为了确定工件坐标系的工作原点，工作人员应当对直径为1400mm的内孔进行精密的测量。并利用三维测头对工件的下表面进行定距测量，待工作人员找出工件的定位误差数值以后经过严密的调整可以保证工件的定位误差在5微米上下范围内波动。

2.2工件坐标系的建立

在对众多的孔隙工件进行数控加工的时候，工作人员一般都会以一个孔的中心作为工作坐标系的原点。如下图1所示：

图1是内孔的中心图像，内孔中心的确定方法是：第一，使用三维测头在内孔上测量任意一个点，并将这一点的坐标记录下来（X1，Y1），然后再沿着其中的一个坐标轴运动到同内孔表面相接触。之后再沿着另外的与第一条坐标轴相垂直的坐标轴运动，一直运动到同内孔表面相接触，这一点坐标轴可以记为（X2，Y2），工作人员通过对这两个坐标点的算术平均值进行计算得出中心点的坐标值。通过这个例子我们可以得出使用三维测头可以快速精确的确定工件内部的坐标系。坐标系的精确确定使得孔系结构的精细加工得到了一定的质量保证，降低了工作人员的失误率，提高了他們的工作效率。在一定程度上节约了资源。

2.3 在线测量

工作人员可以使用三维测头对零部件的关键部位的尺寸大小、形状精度以及位置精度实施在线测量，这样做可以大大提高员工的工作效率，保证部件的合格率。在对凸轮零件进行加工的时候，工作人员应当特别注意对两个凸轮槽的形状和槽宽的加工，因为这两个部位是加工部件的重点，并且由于受到技术的限制这两个部位必须一次性加工成型。在对部件加工的过程中，工作人员应当考虑到零部件本身的误差和加工零件的刀具磨损等情况会对零部件加工的精度造成一定的影响。所以，为了保证工件的加工质量，在工件加工完成之后，工作人员可以使用三维测头的检测功能对零部件的主要部位进行再次检测。通过在零部件加工中的多次检测来控制所加工零部件的质量，提高产品的合格率。三位测头可以完成的工作任务主要有：零件上的多点测量、计算，还可以完成长度测量、角度测量、位置度测量和形状精度测量等。

2.4 其他应用

熟练工人可以将三维测头应用到很多的领域，极大的发挥三位测头的作用。除了上文笔者所介绍的三维测头的使用外，工作人员还开发出了很多三维测头的使用场合。在下图图2中：该部件曾经因为刀具的磨损而造成槽宽的偏大超出了技术标准规定的范围而造成废品的出现，并且还由于凸轮的磨损造成其它同该凸轮衔接的零部件的安装困难，因而工作人员必须对磨损严重的凸轮进行替换。工作人员在买进三维测头之后，应当对因为刀具磨损而废弃的零件进行测量和矫正，对于可以通过再加工恢复原样的进行最大限度的保留，变废为宝。例如：在对某一型号的产品使用的过程中，工作人员发现其中一件具有四个滚轮的产品其滚轮转动不同步，但是因为该产品四周空间的限制以及仪器的精密度不够造成技术人员无法完成对该产品的检修工作。三维测头的出现才使得上文提到的窘境得到了解决。工作人员利用三维测头和大型镗铣床对产品进行检测，结果工作人员仅仅用了半个小时就调试完毕，使此产品达到运转灵活、轻快，受到用户的强烈好评。除了上面所介绍的几个应用之外，工作人员还可以对三维测头编写相应的程序，用来对平面角度和孔心距进行自动测量。最近几年来，三维测头技术不断被相关企业认可，该技术越来越成为了企业解决数控机床问题的首选方法，在保持数控机床技术优势的同时，不断的提高和改进数控机床操作人员的相关技术势在必行。

3 结语

笔者结合自己多年的数控机床操作和维修经验，对三维测头在数控加工中的应用进行了简单的探讨。当然，同三维测头在数控加工中的应用相关的问题多如牛毛，笔者在此仅仅对几点比较常见的问题作一简单的探讨，希望对同仁有所启发和帮助。

参考文献：

[1] 张宁健，陈鹏华，饶宇阳. 数控探头测量功能在数控加工中的应用[J].现代数控制造技术与机床，2013，（3）：112-120.

[2] 刘利剑，杨光，岳彦芳.在线测量系统中三维测头测量宏程序的开发[J]. 组合机床与自动化加工技术，2012，（12）：223-226.

[3] 张宁夏，孟月月，孔米乐. 当前数控探头测量功能在数控加工中的应用[J].现代数控制造技术与机床，2013，（6）：112-120.

[4] 刘月月，杨小光，岳礼芳.在线测量评估系统中三维测头测量宏程序的开发[J].组合机床与自动化加工技术，2013，（12）：223-226.