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開發(fā)低成本接觸觸發(fā)探測器的數控車床 馬塞洛德爾戰(zhàn)爭 a 雷吉納爾多 特謝拉 科埃略 b a 工程圣卡洛斯 歐盟經濟社會委員會 USP 的冼星海大馬路工人 Sancarlense400 CEP13566 590 圣保羅卡洛斯 SP 巴西的學校 b 工程圣卡洛斯 歐盟經濟社會委員會 USP 的冼星海大馬路工人 Sancarlense400 CEP13566 590 圣保羅卡洛斯 SP 巴西的學校 2006 年 4 月 18 日網上可查詢 摘要 數控機床使用觸發(fā)式測頭已成為世界標準 主要是由于減少了機器設置時 間 以促進工件精度在機測量的能力 然而 一些障礙仍然需要調換 如測量 程序編程困難 這些設備的成本高和技術文獻的數量較少有關此主題 這項工 作提出的觸發(fā)式測頭對車間的應用 討論時下用來產生觸發(fā)信號的技術審查 基于簡單的電接觸的新接觸觸發(fā)探頭模型被提出 與所需要的特性和成本低 要用于 CNC 車床 探針在實驗室開發(fā)的試驗示出 0 003 毫米 3 秒或 99 73 置信區(qū)間 一個可重復性 這些特征似乎是非常媲美于工業(yè)車床應用中最需要 的 關鍵詞 尺寸質量監(jiān)測和控制 接觸觸發(fā)探頭 在機測量系統 CNC 車床 簡介 如今 在制造系統發(fā)展最困難的挑戰(zhàn)是實現地區(qū)生產的全維管理 創(chuàng)建統 計數據分析和部分到零件的控制 這種融合可以通過使用通常被稱為連接到數 控機床觸發(fā)式測頭設備來達到 這些設備是用于基于項目的規(guī)格 閉環(huán)過程控 制 部件的尺寸控制 制造 刀具補償 快速設置 過程的統計數據采集和更 多的測量和校準 它是在目前的制造系統的發(fā)展趨勢非常重要的是要使用這些功能 使得可 能部分對部分檢驗控制 如果必要的 這保證了尺寸誤差立即檢測 減少廢料 避免了一整批片都刮掉并降低成本 由于零件返工 為了幫助維控上車削操作 這項工作開始引入觸發(fā)式探頭的特點 用于產 生 觸發(fā)信號 技術 在此之后 本文提出了一種簡單和低成本的無線觸發(fā)式 測頭的基礎上 直接電接觸的原則 原型是一起提交的重復性和準確性的研究 1 觸發(fā)式測頭 第一個觸發(fā)式測頭的發(fā)明是為了解決一個具體的檢查要求 但繼續(xù)改造的 設計和革命性的制造組件的過程后檢驗使用三坐標測量機 CMM 的 在 20 世 紀 70 年代末 幾乎所有主要的 CMM 制造商在世界上采用雷尼紹 探頭 后來 由于數控進展 包括測量功能和直線光柵尺在其軸 使用這種裝置 傳到機床 在那里他們成為了自動化生產系統 使得企業(yè) 從汽車到航空航天 提供精密零件的重要組成部分 減少廢料和最大限度地提高工作效率 大衛(wèi) 麥克默特里開發(fā)的觸發(fā)式測頭技術在 1972 年的問題出現在勞斯萊斯 公司 在那里他是引擎設計的副總 當時 他正面臨著測量一些復雜的管路 只有毫米直徑 6 對協和使用奧林巴斯引擎的問題 該管道必須適合精確扎實 座架之間 但難度來衡量他們 一旦他們被制造 發(fā)現該溶液是觸發(fā)式探頭 TTP 它使用了一個簡單的原則 以確定探針和部件之間的接觸 以進行測 量 1973 年 大衛(wèi) 麥克默特里注冊了一家名為雷尼紹早期成為計量和光譜 解決方案的領先供應商 制造商和研究人員在世界各地 雷尼紹 1 由于公 司使用的專利機制 由打算加入這個市場上的其他公司需要開發(fā)其他技術 3 觸發(fā)式測頭主要特點 獨立使用的技術 其原理是基于電信號此刻探頭的尖端接觸要測量的部分 的產生 或中斷 該信號 一般稱為觸發(fā)信號 被發(fā)送到把它轉換到由數控 或 CMM 的被讀出的接口 在該機器接收到觸發(fā)信號的那一刻 它會立即凍結 并保存為計算和報告生成軸值 見圖例如 1 圖 1 連接到數控機床的測量系統 紅外線 無線電頻率或簡單的電線電纜 從 TTP 到探頭接口觸發(fā)信號傳輸 可以采用三種基本不同的通信技術來建立 紅外通信用于標準車床和銑床傳統 的應用 這種技術提供了高可靠性 高傳輸速度率 低噪音干擾和低實施成本 這是接近萬無一失的系統 除非探頭和接收器都出視覺接觸的 作為探針深工 件內孔或其他凹陷內時 對于這些情況和應用中 射頻系統建議 工具及制 造 2 電線電纜通訊用于它們被安裝并固定在機床工作臺刀具調整器的探針 4 探測循環(huán)和編程 據現代機加工在線 3 少數專業(yè)人士會提出異議探測超速零件設置 設置 刀具補償和執(zhí)行過程中的檢驗 至少在理論上的優(yōu)點 在實踐中 然而 探測 器系統經常被看作是難于使用和昂貴 購買 其結果是 他們已經成為在高生 產環(huán)境主要由有經驗的程序員的工具 為了使探測有效 更經濟實惠的范圍廣泛的用戶 一些主要領導的 CNC 的 制造商 如發(fā)那科 海德漢 大隈 辛辛那提米拉克龍公司和西門子 都包括 在其數控軟件 專門開發(fā)的圖形用戶友好界面用于探測的 Heidenhain TNC 控制 系列 例如 能夠自動地或手動地通過三維測量 使檢查的功能 如檢查孔的 尺寸精度 確定飼料進行精加工 檢查工件的幾何形狀 并確定從公差偏差 確定工件前加工和掃描三維表面 另外 探測循環(huán)正在廣泛開發(fā)和可以由單個 線的信息來激活 Zhou 等人 4 今天的標準機床提供精度和可重復性接近以前的水平僅在三坐標測量機 此外 技術的進步使這些機器容易維護 測試和校準技術 現已啟用的商店 以確保其機床的精度和健康 伸縮式球桿儀是由幾乎所有的商店很容易負擔得 起的 一個藏書豐富的工具箱中也應包含電子水平還是不錯的一套精密機床的 水平 植物和大商店越來越多維護自己的激光干涉儀和電子水平 而租賃設備 和診斷服務可購到各種來源的小商店 現代機加工在線 5 另外 根據現代機加工在線 6 CNC 機器 在一般情況下 非常準確 非 常重復 他們媲美同等規(guī)模的三坐標測量機的精度和可重復性 隨著在 CNC 檢 查過程中的一些照顧 導致測量誤差和錯誤切割之間相互依存的因素可以被最 小化 5 技術用于生成所述觸發(fā)信號 根據沉和月亮 7 有當探針尖端接觸所述工件不產生觸發(fā)信號 探針將繼 續(xù)走向和探頭尖端和工件之間的力會增加 從而引起的物理量 例如 電阻 以達到一個閾值設置 當物理的數量超過在感測系統中的閾限的觸發(fā)信號生成 的 觸摸瞬間和觸發(fā)時刻之間的移動距離被稱為探針的預行程 主要是由彎曲 筆軸的偏轉 它占大多數探針錯誤 基本上有用于生成所述觸發(fā)信號四種不同的原則 電觸點 運動接觸 發(fā)光 激光干涉 變形 應變計 并利用壓電效應 5 1 運動接觸 目前 這是最常用的觸發(fā)式測頭廣泛 由大衛(wèi) 麥克默特里開發(fā)的 這個 原理徹底改變了使用的坐標測量機 根據圖 2 它是基于三個小的圓柱形件即保持就座于其他六個氣缸 球而 引起的彈簧作用的壓力 限制其自由度直到觸針被帶到與該工件接觸的運動重 新座位機構 電流通常流經三個席位串聯 當探頭端部移動離開其穩(wěn)定位置 一個或多個座椅接觸場所及阻力的增加立即電子檢測 Mayer 等人 8 和里德 9 測量完成后 當探頭尖端移動從片背面 探頭彈簧迫使機構回到初始穩(wěn)定位置 重新建立的標準電阻 圖 2 運動觸發(fā)式測頭的工作原理 模具和生產 2 5 1 1 系統優(yōu)勢 從由該系統提供的主要優(yōu)點 這是杰出的 該系統的簡單性 電氣 機械 組件的堅固性 廣泛和研究原理 5 1 2 系統的缺點 由于電氣 機械裝配 運動探測器易受其電接點的消耗和腐蝕 此外 這種探頭的主要典型特征是相關的預行程變化 因為觸針之前彎曲 觸發(fā)是探針預行程的主要成分 該特性根據在觸摸方向的變化而變化 里德 10 這種行為發(fā)生由于這樣的事實 在三個 V 型塊 由 120 角隔開 內部機構的 座位使所需要的力 以產生 觸發(fā)信號 根據該接近的方向 以改變 Kim 和 Chung 11 Miguel 等 12 也說 必要的動力 打開電接觸一個取決于即將到來的 速度 據沉和月亮 7 同樣的觸發(fā)式測頭型號可能會表現出不同的預行程變化的 行為 由于制造和組裝過程中的微小變化 累積誤差使用觸筆更長大于 30mm 由于這樣的事實 所必需的接觸力 生 成 觸發(fā)信號 時發(fā)生彎曲的觸針和該偏轉正比于它的長度 如果相對于其他系統 提供類似的好處 這些設備的購置成本是比較高的 該設備是眾所周知的 而他們生產的品牌有非常高的質量有關 5 2 應變計 應變計用類比信息從產生在觸筆觸碰部的電阻變化導出探針交易 以進行 測量 使用這種技術作為數字交換機 它是必要的電的信號調節(jié)和處理 建立從 其中的 觸發(fā)信號 時所產生的限制 5 2 1 優(yōu)勢 一個這種技術的主要優(yōu)點是 預行程變化比運動學探針因為觸針的變形本 身負責 trigging 事件要低得多 由于這個原因 這種探針是非常準確和使得有 可能使用觸筆只要 200 毫米 圖 3 圖 3 預行程變化 比較運動探針 TP20 與應變計探針 TP800 的性能 Renishaw 的 1 探頭采用固體電子學 提供了長壽命和低磨損 根據模 擬信號的校準 這些系統能夠檢測 0 2 N 接觸力 5 2 2 缺點 與這些探頭有關的缺點依靠高收購成本 極其先進的電子設備 使得它非 常微妙的設備和事實 也有極少數的文獻和信息專接近這些系統 5 3 激光 這些探頭操作使用光電開關的傳感器 透鏡系統匯聚 LED 發(fā)出的光束并聚 焦在差動光電池上 當觸針偏轉 差分光電管產生一個觸發(fā)信號 約翰的 Heidenhain 博士 13 5 3 1 優(yōu)勢 如果與其他設備提供類似的性能之一的這些設備的主要優(yōu)點是與它的成本 相對低的 5 3 2 缺點 有對差分光電點所在的平行光發(fā)生 并產生了 觸發(fā)信號 首先改變 針尖和被測定 將需要的部分之間的力偏轉的內部機構 類似于什么情況與有 關到它的電觸點的開 運動探測 由于這個原因 這兩個系統呈現類似預行 程變化特性 表現出對方向的方法的準確性依賴于部分進行測量和兩個系統都 沒有指示要使用觸筆長于 30 毫米 5 4 壓電式傳感器 壓電探針基于用于該壓電晶體的兩個面之間產生 當它被按下時的電勢差 的原理 使用此物理原理 有可能設計出能夠產生從在探頭觸針到達部分的瞬 間所產生的電位 觸發(fā)信號 探針 5 4 1 優(yōu)勢 他們是非常準確和重復的系統 像應變計探頭 預行程變化比運動學探針 低得多 這是可能的校準系統是敏感的力在 0 2 N 的順序 5 4 2 缺點 他們可能是一些低頻噪聲的碰撞一樣敏感 啟動電機 主軸高加速 減速 機械振動等 基于簡單的電接觸 6 關于模型的這項工作的目的是利用基本的和 眾所周知的技術 設計和制造成本低 堅固耐用和準確的觸發(fā)式測頭能夠測量 數控車床外徑 為此 精確的機械加工的零件和裝配的設計和應用開發(fā)一種能 夠在大觸發(fā)式探針的應用中使用的系統 6 1 該系統 所提出的設備的工作原理是由上閉觸筆 接地 和內部目標 正極 之間 的電接觸 在這個特殊的時刻 觸發(fā)信號 并且由無線電 無線 發(fā)送到 探頭的接口 就可以負責發(fā)送一個 24 伏的直流到 CNC 的適當的輸入 由于這樣 的事實 該滑架將繼續(xù)由慣性后的 觸發(fā)信號 發(fā)生移動時 目標應該有一個 缺點機制能夠吸附該移動 確保其表面完整性 圖 4 圖 4 在測量過程中的缺陷機制動態(tài)行為 因此 開發(fā)了觸發(fā)式探頭的可重復性是直接與缺點系統觸發(fā)事件發(fā)生之后 精確座椅返回到其原始位置的能力有關 如果其缺點系統不能正常工作 會出 現在測量和測定的下一個部分的直徑后探頭的長度的預置的變化將表現為比實 際的不同 出于這個原因 其缺點系統的開發(fā)都非常小心 保證了系統良好的 性能 探針被設計為在 VDI 刀柄使用的 根據 DIN 69880 和 VDI 3425 標準 6 2 系統重復性和再現性 R R 用于測試的觸發(fā)式測頭數控車床是一種 INDEX TRAUB 模型 GU600 22 千 瓦的功率 數控系統是西門子 810D 能夠提供實驗所需的測量功能 確定總系 統的 R R 探針 機床 實驗完成采取其一部分的直徑是預先加工和規(guī)范化 在此之后 車削操作是使用硬質合金刀具 VBMT160404UC6010 制成 切割 0 010 毫米從部件的直徑 采取一切必要的照顧與切削參數 以減少在過程中 的工具磨損 該器件然后檢查使用觸發(fā)式測頭的發(fā)展 連續(xù)探測 60 次在同一地點 還提 供了手動測量是在使用普通的千分點 這些數據被保存在 CNC 和下載到 PC 的 轉動操作和連續(xù)測量步驟重復五次 從而獲得相對于直徑的每一個 圖 5 的 五個數據樣本 圖 5 例證的實驗過程的用于確定所述探針的 R R 和探針檢查部的照片 7 結論 數控機床的使用觸發(fā)式測頭已成為一個世界性的必要性 然而 一些障礙 仍然需要被轉置 像在測量例程編程困難 準備技術員低數量和有關此主題的 技術文獻和這些設備的高的購置成本 這個場景使用的中小型企業(yè)幾乎不可能 準確地對他們來說 這對付小批量配套 其中過程控制容易超出范圍的工具 這項工作是表示基于內部交換機上的一個無線觸發(fā)式探頭模型 與所需要 的特性和成本低 在數控車床中使用的開發(fā)的可行性 盡管探針簡單起見 在 實驗室測試的結果顯示了 0 003 毫米 3 秒或 99 73 置信區(qū)間 一個可重復 性 這些特點是高兼容大部分用于工業(yè)車床應用的需求 該探測器將繼續(xù)發(fā)展 使得其在測量和改進其無線功能三個方向提供將采取