数控加工工装【测量臂在数控加工工装刻线检测中的应用】

　　[摘 要]数控加工模具上的刻线由于缺乏精确的测量手段,对质量无法控制,影响到了产品研制。本文对测量臂在数控加工工装刻线的检测应用进行了探讨分析,介绍了测量臂检测数控加工工装刻线的方法。
　　[关键词]工装刻线测量臂数控检测数控测量模具刻线
　　[中图分类号]TL5[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0089-03
　　
　　1 引言
　　按照公司的数字化发展战略,近年大力推进了工装数字化工作,大量采用了数字化传递、数字化加工,模具制造以数字量传递方式取代了传统的以样板为制造依据的模拟量传递方式[1]。目前数控加工的工装型面检测是通过三坐标测量机检测来判定其是否合格,而数控加工模具上的刻线和装配型架数控加工卡板上的刻线一直以来无法做到精确测量,对于尺寸简单的型面仍可以按数模取纸模线的方法进行检查,对于复杂的型面就只能由检验人员采用目测的方法做粗略检查,但由于刻线是产品零件加工的直接依据,刻线错误引起的产品零件缺陷往往要到装配环节才能发现,造成很大的损失,直接影响到科研生产周期。
　　2 工装刻线检测在零件制造过程中的作用
　　图1为零件制造过程示意图。由图中可以看出零件制造车间依据工装型面来制造成型零件,并按照工装刻线来切割零件边缘。在通常的数控加工模具检测中,只检测型面,无手段来检测刻线。现在增加了如图1所示椭圆框中的刻线检测环节,从而杜绝了因工装刻线错误所造成的零件故障。
　　航空业的钣金件批次多、批量小,零件刻线是零件生产的重要加工依据。由于零件状态更改频繁,工装上零件刻线也必须相应地改变,造成工装在制造和返修中零件刻线工作量很大,加工环节增加很多,出错的概率也相应增大。所以对数控加工工装刻线进行精确检测,对于保证高精度与数字化工装质量,保证科研生产顺利进行具有现实意义。
　　3 刻线检测方法
　　由于其它行业对工装零件刻线的要求并不高,市场上没有开发这方面的硬件和软件,因此当前还没有任何成熟的设备和软件来直接支持并完成这种刻线检测。目前我们从技术、设备、操作性等方面,对三坐标测量机、取纸模线[2]、影像测量系统[3]、测量臂[4]等检测方法做了比较分析,分析结果如表1所示。
　　从以上测量方法的比较可以看出,三坐标测量机、取纸模线、影像测量系统等方法不可行,测量臂是最合适的选择。测量臂的技术指标尤其是手动自由取点的功能特点应能满足测量刻线的要求,但是无法给出测量报告,需要作进一步的研究探讨。
　　4 测量臂在数控加工工装刻线检测中的应用
　　4.1 测量臂及模具
　　我们选用的某测量臂(含测量臂、笔记本电脑主机、软件、测头等)臂长为3米,测量精度≤0.076mm。确定用某模具作为测量对象。模具采用的是数字建模和数控加工,模具及刻线的立体视图如图2所示。
　　4.2 测量臂测距算法的选定
　　测量臂自带的软件为自我开发的CAM2测量软件。检测型面时,计算的是三维的点到三维曲面的距离[5]。要求检测刻线时必须测出三维的点到三维曲线的距离。但CAM2测量软件并没有此功能,目前市场上也无有此功能的任何软件,这是刻线检测的关键与难点。我们采取绕过点到曲线测距的难点,利用了型面检测的算法,即以计算三维的点和三维曲面距离的算法来替代三维的点到三维曲线的算法,提供一个辅助型面,使得点到曲线测距转换为点到面测距,刻线检测问题转换为型面检测问题。只要提供的曲面足够小,就可以提供满足测量精度要求的数据,以判断刻线是否合格。
　　4.3 辅助型面的选取
　　辅助型面的选取是以模具对应的产品数模为依据,将产品数模上的零件侧边提取出来作为测量所需的辅助型面。如图3所示为已提取出来的辅助型面,保留的两个平面和两个基准孔用于同制造基准进行基准拟合[6]。由于CAM2软件不支持CATIA文件格式,必须将CATIA文件格式的文件转存为IGES文件格式,并将文件传输到测量臂连接的电脑上。
　　4.4 测量臂刻线检测
　　先将辅助型面的基准同模具的制造基准进行拟合。基准拟合完成后,测量操作人员操作测量臂沿着模具的刻线周边取点。在刻线的直线部分一般取三个点,转角R和曲线部分适当增加测量点,一共取234个点。选取的点位分布图如图4所示。
　　测量软件给出的型面测量报告就是刻线检测报告,是否超出公差也可直接得出,经核对检测报告,判断此套模具的刻线精度是否满足设计要求。
　　5 结语
　　通过对测量臂的研究实践,以型面检测方法实现对数控加工工装刻线检测,可以保证工装的高精度质量要求,提高工装数字化检测技术水平。但该测量方法仍有很多不足之处,如不能直接测量三维点到三维曲线的距离,必须通过测量三维的点到三维曲面的方法来替代,增加了检验步骤,降低了测量精度,另一方面,CAM2软件不支持CATIA文件格式,必须通过其他软件进行格式转存,这些问题尚需在今后的检测工作中进一步解决和完善。
　　
　　[参考文献]
　　[1] 范玉青.现代飞机制造技术.北京航空航天大学出版社,2001.6.
　　[2] 编委会.航空制造工程手册―飞机模线样板.航空工业出版社,1993.12.
　　[3] 张祖勋.数字摄影测量学.武汉大学出版社,2002.6.
　　[4] 海克斯康测量技术(青岛)有限公司.实用坐标测量技术.化学工业出版社,2007.7.
　　[5] 郭慧明.三坐标测量机.国防工业出版社,1984.12.
　　[6] 尤春风.CATIA V5高级应用.清华大学出版社,2006.1.
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