金属机械加工机床的多用划线盘测量技术研究

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

金属机械加工机床多采用机械加工的方法，机械加工是指用机械能使被加工金属的体积、外形发生等变化。对于机床调整水平面的偏移因素都会影响到金属机械加工机床的加工结果。针对此问题的出现，本文研究了多用划分盘测量技术对于加工的零件进行了精确的测量，并在金属机械加工机床上大规模使用[1]。目前我国机械制造技术的发展已经达到一定水平，机械制造业的需求也在不断的提高。而机床是机械制造的必要设备，已经获得了广泛的应用，在机床制造中，加工精度对于产品的质量有着极为重要的影响。本文主要对精度检测环节重点讨论，利用光电测量技术提高测量校对精度，提高车床制造加工的精度。传统的工艺常用补偿刀杆的成型刀进行零件的加工，这样存在着一定的尺寸精度误差，经常需要对机床进行调整偏移。本文根据对金属机械加工机床过程的研究，设计出划线盘测量系统。划线盘的结构组成主要由底座、立柱、划针和夹紧螺母等组成。保存了原有的加工方式和补偿刀杆的结构，将原有的方法改为最简单的由气变成电。

1 金属机械加工机床的整体构造及工作方式

金属机械加工机床由空气压缩机、稳压计读数指令装置、测量装置、带自动补充调整的执行机构和控制部件组成。读数指令装置主要由三个区域构成，仪器通过发出四个信号来控制金属机械加工机床的整体运行，称为机床的外循环系统。测量过程中需要从外部向被测对象施加能量，测量阻抗元件的阻抗值时，必须向阻抗元件施加以电压，供给一定的电能，当加工零件的尺寸远超过。测量的上限和下限时，两个信号将为机床发出停车信号。测量装置安装在支架上另一端与测量零件的表面相接触，形成双接触杠杆式卡规，再与稳压器相连，通过稳压器压缩气体而产生的动力带动整个装置的运行。通过自动调整装置，对于零件的尺寸超出规定界限的部分用传统的补偿刀杆装置进行切割。通过控制部件来控制零件尺寸切割的大小[2]。金属机械加工机床如下图1所示：

图1 金属机械加工机床

为避免机床的自动运作，需在机床上安装指令开关，在指令开关上安装转换1～8档开关。通过不同档级的变化来控制机床切割加工零件的程度。根据零件尺寸的测量精度来及时更换补偿刀杆。为了金属机械加工机床调整的需要，本文考虑了不同档位的转换开关对整体机床调整规范的需求，此时补充调整的脉冲通过电按钮发出。

2 光电测量技术的应用优势

（1）传统技术的缺陷。数控车床是一项高精度的自动化机床设备，将传统的人工制造完全由机器代替运行，这设计的技术十分广泛，而这里主要讨论测量技术。传统的测量技术一直是建立在原本的肉眼辨别基础上，无论是利用技术扩大肉眼辨别的精度，还是讲测量的尺寸利用技术投影放大，均是如此。例如显微装置与轮廓投影仪，这一类测量方式存在局限性，测量的误差难以消除，加工要求的提高使得这一类测量方式难以满足更高的需求，提高成本极高。

（2）光电测量技术的优势。光电测量技术主要利用光学几何性质，将机床测量坐标以光学标记，一般标记为十字架，将光电信号传递到计算机，通过计算机处理计算，极大地提高了测量精度。光学信号的敏感程度远高于肉眼，而计算机进行精度校对处理，也极大的提高了精度校对的处理速度。随着机械制造自动化水平的不断提高，对制造业的加工效率要求也不断提高，而光电测量技术，利用光学传感器与计算机储备提高车床加工精度，同时也可以更进一步提高制造业的生产效率。

3 增加光电传感器的多用划线盘测量技术

金属零件的直径精确度是各个金属机械加工机床制造厂所关注的问题精确度高的测量仪器解决了以上的问题，大幅度提高工作效率和安全系数，提高了厂商的工作效益。机床系统整体如图所示，立柱是整个测量仪器的主轴，划针与机床一起运动，形成运动的空间体系。主轴与机床导轨空间平行。在测量精度上，＜500mm的零件，测量准确度可达到0.01mm，零件的直径记为r。对于直径相对来说较大的部件，以直径较小的部件为基础，利用划线盘来测量其直径。

零件吊装到机床后，利用补偿刀杆对零件进行切割，使激光对准主轴，采用旋转方式利用划针进行测量距离，求划出圆的半径√R²=L²-H²公式中，L—划线释放的长度；H—主心轴的高度(激光到主心轴的距离)；R—被测量的零件半径(激光到加工零件的半径)。

该方法利用了机床直线运动的特性，小直径的对比可以快速比对出各个零件的直径，使测量的结果更加精确，测量的速度也得到了进一步的提升，零件旋转带有周期性，利用激光测量距离使机械在线加工测量技术更加精确。

激光可以直接安装在补偿刀杆上，拼装的过程不到8s,或者安装在主心轴上，测量的时间不超过20s,最优的测量结果达到0.02mm。

4 多用划线盘测量技术的测量误差和来源分析

多用划线盘测量技术是机械加工厂常用的测量零件直径大小所用的测量方法。它具有测量速度快、能及时调整机械运作、测量经纬鬼角精确的特点。在工厂生产时对多用划线盘测量技术进行了研究。

图3 多用划线盘测量技术实践测量情况

在实验时通过利用新轴来确定该金属所带的中心位置，通过夹紧螺母来测量金属直径的大小，通过划线划出的印记来确定金属的偏移量。通过划线大于偏移量2mm来带动调整装置，使调整终止发出停车指令。从整体的做工来看，调整的脉冲是25mm，均方误差为3mm。

（1）主轴与导轨不平行和角度的影响。机床导轨和加工零件的主轴之间形成了一个空间坐标，主轴与导轨之间可能存在不平行，形成角度的大小对加工零件的影响是不相同的。若主轴不与导轨垂直，加工的零件易出现锥形;若机床的表面儿不处于平行状态，则加工的零件已成为双曲线回转体。这两者影响到加工零件的精确度，需要通过补偿刀杆进行调整，此时的数据需经过多用划线盘测量技术进行精确的测量。

（2）主轴回转误差的影响。主轴是随着机床来回运动的，具有一定的上下窜动频率与角度摆动，对于测量产生了一定的误差。主轴运动实际上是增加了L和H的值，同时增加了R的值，对直径的测量产生了影响，必须设法将误差减小，通过数据处理的方式来减小跳动带来的影响，可以建立理想型模型，通过理想型测量数据对所测量的结果进行改进。角度的摆动是主轴与机床水平面形成一定的倾斜角，理想的数据是在同一水平面摆动，影响到了加工零件的圆周度，对直径的测量产生了一定的影响。

（3）激光过圆心的误差。理想型的光束应通过圆的圆心，但实际上激光束与圆心存在一定的偏差，与圆心有一定的距离。误差会随着被测圆直径的增大而增大，通过的激光束会由圆形的偏差大小来决定，在已知的圆心差范围内。可根据直径九小的零件来确定直径较大的零件，作为测量数据误差部分的补偿。

5 结束语

在采用多用划线盘测量技术测量零件直径大小中，掌握快速的多用划线盘测量技术核心，了解划线盘的构造，机器需正确使用。通过增加激光设备增加零件直径测量的精确度，使误差减小。本文针对误差问题做了一定的分析，误差对测量的影响之大，与主轴回转和与导轨形成的倾斜角有关，应减小误差采用理想模型进行数据分析。对于多余的零件部分，采用补偿刀杆进行精确的切割测量。