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機(jī)床在線檢測:模具制造的良好工藝控制

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-11-13
核心提示:激光對刀儀為驗證刀具的尺寸提供了一個快速的自動化方法,特別在模具制造中,對檢驗長期加工后的刀具磨損,起著關(guān)鍵的作用。

激光對刀儀為驗證刀具的尺寸提供了一個快速的自動化方法,特別在模具制造中,對檢驗長期加工后的刀具磨損,起著關(guān)鍵的作用。激光對刀儀是高速、高精度調(diào)刀和檢測刀具斷裂的有效方法,具有良好的成本效益,在工作狀態(tài)下,當(dāng)?shù)毒咄ㄟ^激光束分度或以正常的速度旋轉(zhuǎn)時,它能迅速地測量其長度和直徑。隨主軸速度工作的激光檢測可鑒別因主軸、刀具和刀座夾持不協(xié)調(diào)和徑向振動而引起的誤差,這一功能是采用靜態(tài)對刀系統(tǒng)是無法實現(xiàn)的。有些NC數(shù)控對刀儀可以在最高橫向行程時檢測斷裂的刀具,以進(jìn)一步使非切削時間降低到最低限度。

應(yīng)變儀測頭正在檢測一個計算機(jī)鼠標(biāo)的注塑模。這種應(yīng)變儀測試技術(shù)克服了采用普通接觸-觸發(fā)式探針測量不均勻的缺點,因為幾何形狀復(fù)雜的零件需要從各個方向接近。這種全方位測頭使華盛頓州Redmond地區(qū)西部工業(yè)工具公司(Western Industrial Tooling)的加工精度保持在+0.0000~-0.013 mm之間,其生產(chǎn)的零件精度達(dá)到了客戶要求公差的25%用于更快速、更省力、更靈活生產(chǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)使工業(yè)重點偏離了傳統(tǒng)的后工藝質(zhì)量管理。在大多數(shù)車間中,最昂貴而又不能創(chuàng)造價值的工作就是零件的檢驗。檢驗不合格的零件既浪費(fèi)時間,又浪費(fèi)財力和人力?,F(xiàn)在的注意力不是集中在后期的檢測,而是轉(zhuǎn)移到前期的預(yù)防。其目的是為了從一開始,就按特別緊密的配合公差和最少的加工時間生產(chǎn)出100%的合格產(chǎn)品。在這一宗旨下,機(jī)床上開始應(yīng)用各種各樣的實踐技術(shù),以達(dá)到更好的工藝控制目的。自動化的工藝檢測可以使工藝過程和零件處于控制狀態(tài),以盡量減少因操作員干預(yù)而造成的停機(jī)時間。

工藝控制方面的這些改進(jìn)對于模具制造業(yè)來說是十分關(guān)鍵的。絕大部分的模具加工具有一次成型的特點,因為較高的累計誤差值會被轉(zhuǎn)移到復(fù)雜的鑄型之中,這就要求我們必須一次就完成全部加工。同時,較短的交貨期和全球性的競爭也需要有更快的加工模具。為了盡量減少操作工人等因素的干擾,這些工藝控制系統(tǒng)為模具制造商增加了一對監(jiān)控眼睛,有利于在長期加工和第二道、第三道工序中監(jiān)控機(jī)床的加工情況。

機(jī)床的加工能力

為了預(yù)防缺陷的發(fā)生,企業(yè)必須具備編輯工藝文件的能力和保證機(jī)床的工藝精度的能力。為了達(dá)到這一目的,則需要按照國家承認(rèn)和接受的標(biāo)準(zhǔn),如按照ISO 230標(biāo)準(zhǔn)或ASME B5.54標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗。這兩種標(biāo)準(zhǔn)都要求使用球桿和激光干涉儀按照所推薦的程序檢測機(jī)床的精度。采用這些標(biāo)準(zhǔn)的目的并不是規(guī)定機(jī)床必須滿足某一精度,而是要找出機(jī)床可以達(dá)到什么樣的精度水平。零件的書面資料規(guī)定企業(yè)的機(jī)床精度必須能生產(chǎn)合格的零件,并在這一地方設(shè)定精度標(biāo)桿。經(jīng)測試可以讓您了解您的機(jī)床能夠達(dá)到多高的水平。只要機(jī)床能夠達(dá)到那個精度標(biāo)桿,就具備了工藝加工的能力。

現(xiàn)代的機(jī)床都具備測試和校準(zhǔn)技術(shù),而且也能夠提供這種技術(shù),這樣車間能夠保證機(jī)床的精度并且正常運(yùn)行。越來越多的工廠和大型車間擁有自己的激光干涉儀和電子設(shè)備,而小的工廠則可以通過各種渠道,利用商業(yè)化方式,以具有競爭性的價格通過租賃的方式獲得設(shè)備以及檢測服務(wù)。

實際上,現(xiàn)在可以為任何車間提供伸縮式球桿檢測器,用于機(jī)床的快速檢測,只要15min就可完成檢測任務(wù),以維護(hù)機(jī)床的加工精度。采用球桿檢測可以精確地評價機(jī)床的幾何精度、正圓度和粘/滑誤差、侍服增益誤配、振動、齒隙、重復(fù)精度和標(biāo)尺的誤配。一些球桿軟件可以根據(jù)ISO 230-4和ASME B5.54和B5.57標(biāo)準(zhǔn)提供特定誤差的診斷,然后提供一份普通的英語清單,按照對機(jī)床精度的整體影響順序,列出各種誤差的來源。這可以使機(jī)床維修人員直接針對有問題的地方進(jìn)行處理。

 

階段性的球桿測試跟得上機(jī)床的性能發(fā)展趨勢。預(yù)防性的維護(hù)有利于在機(jī)床偏離工藝加工能力前事先做出計劃。工業(yè)上一般趨向于按照需要,而不是按照時間來校正機(jī)床。沒有理由為維護(hù)而抽出一臺正在從事生產(chǎn)的完好機(jī)器來進(jìn)行校正。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有什么不正常的情況時,還是讓檢測球桿和生產(chǎn)的零件來確定。檢測期間可以繼續(xù)生產(chǎn)。

機(jī)上探針檢測

今天標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床所能達(dá)到的精度和重復(fù)精度已經(jīng)接近過去只有CMM坐標(biāo)測量機(jī)才能達(dá)到的水平。這一功能可以使機(jī)床本身在關(guān)鍵的加工工藝階段,用探針對工件進(jìn)行自動檢測。一旦機(jī)床安裝了測量儀器,測量探針就變成了操作員的CNC測量計。檢測程序可作為加工工藝中的一部分進(jìn)行編程,并在各個點上自動運(yùn)行,檢測尺寸和位置以及提供必要的補(bǔ)償。這樣可免除操作人員使用千分表和塞規(guī)進(jìn)行測量,并消除人為因素造成控制系統(tǒng)中卡具、零件和刀具偏置所引起的誤差。機(jī)上檢測已成為工藝的一個部分,這是一個經(jīng)過改進(jìn)的強(qiáng)大的工藝工具,可在最短的生產(chǎn)時間內(nèi),第一次就制造出合格的零件。

可用于自動地確定零件的位置,然后建立起一個工作坐標(biāo)系統(tǒng),機(jī)上檢測可削減設(shè)置時間,提高主軸的利用率,降低卡具的成本和消除非生產(chǎn)加工通行時間。在復(fù)雜的零件加工方面,原先需要45min時間調(diào)試卡具,現(xiàn)應(yīng)用檢測裝置只需45s并且全部由CNC自動操作完成。在開始加工鑄件或鍛件時,檢測裝置能確定工件的形狀,可避免因空切而浪費(fèi)時間,并可幫助確定最佳的刀具切入角度。工藝過程中的控制是利用檢測裝置對切削過程中的機(jī)床特性、尺寸和位置進(jìn)行監(jiān)控,同時驗證每一加工工序各種特點之間的精確尺寸關(guān)系,以避免發(fā)生問題??梢詫y頭編程,并按程序檢測各階段的實際加工結(jié)果,然后自動實現(xiàn)刀具補(bǔ)償,特別是在粗加工或半精加工以后。

參考檢測是將零件特點與一個尺寸樣板或已知位置和尺寸的基準(zhǔn)表面進(jìn)行比較,它能使CNC確定定位差距,然后產(chǎn)生一個偏移量來補(bǔ)償這一差距。在進(jìn)行關(guān)鍵加工前,通過對仿造樣板的檢測,CNC就能夠針對樣板已知的尺寸檢查其自身的定位,然后對偏移量進(jìn)行編程。如果尺寸樣板安裝在機(jī)床上并暴露于同樣的環(huán)境條件下,那么可使用參考檢測監(jiān)控和補(bǔ)償熱膨脹系數(shù)。其所產(chǎn)生的結(jié)果是一個閉路循環(huán)過程,不會受到操作員影響。

每臺機(jī)床在其運(yùn)動過程中以及在其結(jié)構(gòu)中都存在許多自身固有的小誤差,因此,在CNC的編程位置與刀尖真實位置之間總是存在著一點微小的差距,即使在兩者之間經(jīng)過激光補(bǔ)償調(diào)節(jié)至相當(dāng)一致以后??删幊倘嗽鞓影鍣z測是進(jìn)一步補(bǔ)償機(jī)床其余誤差的好方法。它可為工藝控制提供反饋,能夠使定位精度接近機(jī)床重復(fù)精度的規(guī)范要求。這種閉路工藝控制可以使加工中心的加工精度達(dá)到鏜銑床和其他精密機(jī)床的加工水平。

許多探針檢測操作通過使用內(nèi)存駐留宏指令程序完成。工作坐標(biāo)的更新、刀具幾何形狀的改變以及零件的測量等,由CNC在成功完成探針檢測周期后自動確定。這就能消除由錯誤信息鏈接或錯誤計算所造成的嚴(yán)重誤差。用于加工以后的零件檢驗,通過探針檢測可以減少脫機(jī)檢驗的長度和復(fù)雜性,在某些情況下甚至可以將其全部消除。由于大型昂貴的工件移動起來非常困難,而且又很費(fèi)時間,所以機(jī)上檢驗特別有利于大型昂貴的工件。

在這里還可以采用兩種方法來完成參考檢測,即采用機(jī)床相關(guān)性檢測法,將機(jī)上測量的數(shù)據(jù)與以前的CMM測量機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較;或采用仿造樣板檢測法,將機(jī)上數(shù)據(jù)與已知尺寸的可追溯性仿造樣板進(jìn)行比較。在進(jìn)行這一比較時,CNC能夠確定機(jī)床是否已真正達(dá)到規(guī)定的加工公差。根據(jù)這些結(jié)果,就能做出明智的決定,對仍然留在機(jī)床上的工件采取正確的處理方法。

非接觸式激光對刀

當(dāng)?shù)毒咄ㄟ^激光束運(yùn)動時,系統(tǒng)電子裝置就會檢測到激光束的中斷,同時向控制器發(fā)出一個輸出信號。NC數(shù)控系統(tǒng)可以在激光束的任何地方精確地測量最小直徑為0.2 mm的刀具。當(dāng)激光束超過50%閾值而被所檢測的刀具阻斷時,就會觸發(fā)系統(tǒng)。非接觸式對刀系統(tǒng)采用的是在加工條件下可靠的紅色可見光二極管激光器。

 

先進(jìn)的電子元件和簡化的設(shè)計使非接觸式對刀替代了接觸式系統(tǒng)。由于沒有任何運(yùn)動部件,實際上可以使NC數(shù)控系統(tǒng)免于維護(hù)。這種設(shè)計不存在接觸式系統(tǒng)所需的框架和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有些NC數(shù)控激光對刀儀帶有保護(hù)系統(tǒng),安裝在一個結(jié)實的不銹鋼裝置內(nèi),內(nèi)部充有不間斷的壓縮空氣,即使在測量的過程中,也可防止污染物質(zhì)、切屑、石墨和冷卻液的侵入。這些系統(tǒng)幾乎還可以安裝在各種尺寸和各種外形的機(jī)床上,而對機(jī)床的工作不會造成任何影響。

提高工藝水平的強(qiáng)大工具等這些技術(shù)的成熟應(yīng)用以及可支配性對于提高模具加工的自動化水平并實現(xiàn)更好的工藝控制有很大好處。它們能夠使模具制造商以更高的幾何精度和尺寸精度更快地生產(chǎn)模具,幾乎不需要操作員參與、返工或手工精加工作業(yè)。

 

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