环形机匣在线测量技术研究

吴宏春　王发豪　李鹏飞　牛存可

摘 要：本文以STC五坐标加工中心为载体，通过机床新功能开发，掌握基于零件典型特征的在线测量技术，实现基于零件状态的刀长自动补偿技术，初步实践了将零件实际状态与理论编程相结合的加工技术理论，为航空发动机产品质量和效率提升提供了一种改善方式。

关键词：STC1600五坐标；在线测量；质量提升

中图分类号：V263 文献标识码：A

在航空制造业快速发展的今天，新产品研制的种类越来越多，企业不但追求研制进度和成本，而且更加注重以产品质量来赢得竞争的主动权，这一领域对加工精度和效率提出了越来越高的要求。企业多在成品检验和工序结束环节配备了三座标测量机进行质量控制，即离线检测。而在机床上使用机载测头进行在线测量，既可方便工件的装夹找正，又可减少工件的周转和因超差返修造成的多次装夹时间。同时增加中间环节的质量控制手段，减少了某些特殊工装的设计和制造，可以大大缩短辅助时间，提高生产效率，提高产品的一次合格率，既降低了生产成本，又加快了新产品研制的速度。根据测量结果自动生成误差补偿数据反馈到数控系统，保证工件的加工尺寸和精度，是提高数控机床加工精度和自动化水平的有效方法之一。

1.概述

STC五坐标加工中心是我厂新进设备，该设备为卧式摆头五坐标加工中心，具有大回转半径、大扭矩、转速高等特点。该机床配备西门子高级操作系统、具备高级在线测量、刀尖跟踪、自动补偿等多项亟待开发应用的高级功能，开发应用后能够大大提升产品的加工质量。第一，保证加工与测量过程的同时进行；第二，能够通过在线测量为实时误差提供反馈，对不合格零件进行补偿加工，保证零件加工过程中的加工精度。

1.1 设备状态分析

（1）机内对刀模块

对刀系统厂家：BLUM；对刀程序系统：BLUM；机内刀具测量、刀具破损监控的激光测量系统，测量误差≤0.005mm。

（2）在线测量模块

测量系统厂家：Renishaw；测量程序系统：西门子840D；模块功能：工件找正、工序中零件测量 ，测量误差≤0.01mm 。

1.2在线测量指令

（1）L751：测量头在标准孔中校准 。

（2）L761：“点”测量程序。

（3）L762：“孔”测量程序。

（4）L763：“槽”测量程序。

（5）L764：“桥形接片”测量程序 。

（6）L765：“轮毂”测量程序3.1.3西门子通用测量指令解析。

（7）L766：刀具修正，刀具零点偏移。

2.指令分析

2.1测头校准

每当运行校准程序L751时，都重新计算有效测量头长度“LENGTH_PROBE1”和有效的测量头半径“RADIUS_PROBE1”以及测量球中心相对于主轴中心X轴偏移X_Offset_P1和Y轴偏移Y_Offset_P1；这些校准结果保存在GUD中，只有当测针更换或测量头偏转力矩改变时才要求进行新的校准过程，校准程序中X_DRIFT与Y_DRIFT的计算用于检验机器热胀偏差。

2.2 点测量

L761：AXI=3 Z向测量 ，DIR=-1 沿Z负方向移动。循环读入起始位置，主轴定位到0度并在规定的方向上移动碰触零件，搜索行程限定在30mm，搜索行程超过30mm测头未碰触到零件则返回起始位置，显示“测头未移动” 。

2.3 孔测量

L762：在循环启动前测量头必须在大约孔中心位置且测球在所希望的测量面，主轴定位到0度；通过孔的碰触在±X方向搜索X的中心值，从找到的X中心向±Y方向碰触孔 的到Y中心值以及在Y上的直徑，测量头定位在孔中心并重复在±X方向的测量，确定在X上的直径，主轴定位到180度并从孔中心向±X何±Y方向碰触孔，计算直径和相对180度主轴位置的中间点坐标。

2.4 槽测量

L762：在循环启动前测量头必须在大约孔中心位置且测球在所希望的测量面，主轴定位到0度；通过孔的碰触在±X方向搜索X的中心值，从找到的X中心向±Y方向碰触孔 的到Y中心值以及在Y上的直径，测量头定位在孔中心并重复在±X方向的测量，确定在X上的直径，主轴定位到180度并从孔中心向±X何±Y方向碰触孔，计算直径和相对180度主轴位置的中间点坐标。

2.5 斜面测量

L765：存储结果在GUD6中在可带回转主轴的机床上工件坐标系围绕X轴转动，使Z工件坐标和A轴平行；旋转工件坐标系的零点偏移可以通过Z_W和Y_W在根据Z_W和Y_W计算工件零点。

3.功能应用

3.1 在线测量

空间尺寸的测量，机匣壳体外环凸台平面至零件回转中心距离尺寸的测量，径向凸台至中心尺寸4510-0.1（4处），将实测Z值通过R参数读取，验证测量程序正确性。

以往在加工的过程中要测量至中心尺寸，需要使用百分表打表检查，先测量转盘中心或者转盘边缘做为参考基准在打表测量凸台尺寸，最后换算出零件至中心尺寸。

通过在线测量，使用在线测量点测量程序可以直接测量出至中心尺寸，提高了测量的效率，大大简化了工人的操作难度。

3.2 刀长补偿功能

通过使用在线测量功能，可以对零件加工位置的实际状态进行测量。可以通过铣刀试切后在线测量并通过指令L766将测量值直接补偿至某刀具长度中，对加工过程中由于刀具磨损较大而影响零件加工尺寸的可以通过该方法及时对刀长以及刀半径进行补偿；如果零件尺寸误差是由零件本身状态不好所影响的，可以通过在线测量程序测量实际值并设置R参数，在将R参数带入到实际加工程序中的加工方式，实现刀长补偿功能，实现对零件局部尺寸的精确调整与加工。

问题：粗铣圆周凸台，沿圆周19处均布，铣加工尺寸13±0.1，零件状态不好端跳比较大，尺寸公差不易保证。

解决方法：通过在线测量分别测出19处豁口尺寸，并将相应尺寸带入到铣加工程序中，对每一处的加工深度分别进行调整，从而保证尺寸加工公差。

结语

在航空制造业快速发展的今天，新产品研制的种类越来越多，企业不但追求研制进度和成本，而且更加注重以产品质量来赢得竞争的主动权，这一领域对加工精度和效率提出了越来越高的要求。

通过STC1600机床在线测量功能开发，掌握了基于机床的典型特征的在线测量方法，并应用在线测量对加工中的刀具进行补偿，实现了在线测量对实际加工的反馈机制。根据测量结果自动生成误差补偿反馈到数控系统，保证工件尺寸精度及批量加工尺寸的一致性。在数控机床上进行在线检测是提高数控机床自动化加工水平和保证工件加工精度的有效方法之一。

参考文献

[1]张金晶.数控机床在线测量技术与误差分析[J].装备制造技术，2009（9）：82-83.

[2]马艳玲，谭本能，胡成海，等.数控在线测量的应用与误差分析[J].航空精密制造技术，2012， 48（4）：55-57.endprint