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通过探测提高效率

时间: 2011-07-17 09:02 来源: 作者: 点击:

 

在许多车间使用加工中传感器来控制他们的加工质量的同时,有许多制造商仍然非常谨慎,害怕这些系统会增加他们的循环时间。但是,Renishaw公司的专家说这是很不符合实际情况的。根据该公司所说,测量与切削在同一台机床上进行,可提供许多有竞争力的优越性。因而,在将来会成为工厂的标准实践。

探测系统让制造商可以在加工工序中自动地监控、校正和提供资料,而不需操作者介入。在机床运行过程中,探测系统通过闭环过程控制,自动校正制造变量,诸如操作者的技巧、机床加工能力、材料型式以及车间环境,将相对于机床坐标系统测得的数据,反馈到它的控制器,用于加工程序中的补偿。


用一个接触式触发传感器检验一个汽缸体,
在自动线上,在工作循环中自动”收买”工件。

Renishaw公司的地区销售经理Dan Skulan先生解释说,探测系统属于两个广泛的范畴:零件调整安装/检验和刀具调整。调整检验探头是接触式触发传感器,它安装在机床的主轴或转塔中,用作好像机床的其它刀具一样。另一方面,调刀探头可以是非接触式激光器或接触式触发传感器,装在机床工作台上或机床操作区以外的托架上。

闭环控制

对于闭环控制,调整、检查探头,通过当传感器球接触到零件表面测量参考点时产生的触发器信号,在某些阶段,如精加工前监控关键点的尺寸和位置。在CAD/CAM应用中,这些都有标准规定。

当机床接收到这个信号以后,机床有一个依据轴位与编程位置相比较的数据点定位和定向的“快相”。然后,探测软件或者在控制器中自动更新刀具工件偏置记录,以保持零件在公差范围内,或是发出警报,通知操作者零件超差。

“像这样的过程控制,在航天航空行业中首先采用,”Skulan说。“例如,一个公司在一个铸件上可能已经投入4万美元和许多加工时间。如果在任一方面工序超差,不能再加工,都会前功尽弃,不用说,这是很不合算的。”


在组成波音747机筒的型材上,用探测系统测量成型的钣金件,以确定钻削装配孔的最佳位置。

Skulan说,用加工中探测,车间在第一刀切削零件时,例如超过0.003或0.004英寸。那么探头捕获零件的尺寸,自动重调偏置,保证精切可切除正好的材料,保证零件在公差范围内。

Renishaw机床产品经理Dave Bozich说,除了提供闭环控制以外,机床探测器在过程的几乎每一个其它阶段也能提高加工效率和精度:

识别工件:对于自动化的零件加工,探测器决定零件是否正确安装,并且调用正确的NC程序。

调整安装:探测器用于定位零件并建立工件的坐标系统,把调整安装时间减少到只用几秒钟,并消除了非生产的加工工序,提高了机床的生产率。调整安装探测器也省掉了复杂和昂贵的定位夹具,这是一个很大的优点。因为探测器“找到”零件,夹具只需夹紧它。

刀具调整:调刀探测器在机床运行中,自动调整刀具长度和直径,并识别破损的刀具。调刀探测器是机床上检验刀具几何形状和刀具情况的经济解决方案。

最终检验收买:用机床上探测器,让车间能够仍在夹具上就可“收买”一个零件,大大缩短了加工时间。它省掉了卸下零件、运送零件到坐标测量机,再夹紧,考虑热效应并在测量前再建立数据点的附加工序、时间和费用。

首件检验:用Renishaw的校正制件比较技术 (Master Artifact-comparison Technology),探测器能使首件检验无接缝、自动地进行,验证零件已经达到尺寸。探测省掉了手工检验的滞后和损失主轴的时间,特别是当操作者需要把零件拆下来检验,然后再装上进行补偿切削的情况。


接触式触发探测器调整一个铸件以便加工

准确的接触

接触式触发探测器的结构能经得起困难的加工环境。探测器由探针、探测器体构成,探测器体装有触发传感电子组件、探头、信号传送技术和机床/控制器接口。探针包括用不锈钢、碳化钨、陶瓷或碳纤维做成的一个轴和由硬金属或特殊材料如红宝石、锆或氮化硅做成的一个接触球(也可能采用非球形的其它形状)装到轴上。

设计用于小型立式加工中心和高速机床的接触式触发探测器,有耐动传感器,它把机械和电传感能力结合在一个机构中,而用于高精度和复杂零件的接触式探测器用应变传感技术。用一个硅应变仪测量通过探针传送的力,而没有像一个开关那样的接触点。这比触点更精密,因为在所有方向产生相等的触发力。

传送信号

在接触式探测器触发一个信号以后,该信号即被传送到接收器,通常用电线接到机床的控制器上。在实际应用中,在接收器远离探测器而不能连接电线的情况下,从探测器传送信号必须通过无线系统。

一个电感输送的系统,可把传感器测量值数字化。电感系统不需要电池,还能跨过带有油、冷却液、金属切屑和其它污染物的环境下的微小气隙输送信号。电感系统需要它们传输组件的精密定位,使它们适合原设备制造厂的安装。


石墨电极—用于用电火花加工模具上的凹坑—在机床上接收最终检验的探测

另一个无线系统是任选的,或红外线的,它通过红外线光束来传输触发信号。电池供电的探测器可以360o传送信号——大约20英尺以上的(短到中)范围——这是免干扰的,包括反射信号。红外线系统简单,容易安装在新机床上,也容易改装旧机床而不用探测。

对于大型机床和需要探测内部特征的复杂几何形状的零件,无线电传输系统可以传输49英尺,可用于发送器与接收器间没有直接视线的应用。雷尼绍的特殊无线电技术用自动频率反射,信号继续不断地围绕不同频率移动,寻找开启频率。这可以防止堵塞输送和死点,保证数据完整性。

照亮路程

非接触式激光传感器在输送器与接收器之间传递一个激光束。当切削刀具与这光束相交时,它触发信号。激光对刀器自动检查刀具的长度、直径和刀具形状,省掉了用块规手动调整和用千分尺试零件的尺寸。另外,因为刀具在回转中调整,所以没有径向跳动或镶刀片高度偏差。

根据Renishaw公司的介绍,用非接触系统调整刀具长度的常规方法只涉及操作者移动刀具,在任何地方与光束相交,并执行简单的G代码。这样就会自动更新现行刀具的偏置。

激光传感器也可在循环中进行快速“在飞行中”检验破损的刀具。(虽然接触式调刀器也能检验破损刀具,但刀具必须拿到对刀仪上进行接触。)触发的信号或者标识刀具损坏,因而操作者可以换刀;或者翻动多余的刀具,使加工能即刻继续。因此,损坏一把刀具不再会造成车间废弃一批零件。


在这双托盘的立式加工中心上,激光传感器进行快速调刀,
该传感器的传送器和接收器安装在工作区以外,以便能在加工中检查刀具。

校准制件(Artifact)比较法

校准制件(Artifact)是一个用与被加工零件同样的材料,用同样的工序做成的,校对用的零件。该制件可能没有成品的所有特征,但它肯定有关键测量点。

Renishaw首先在实验室中的坐标测量机上测量该制件,该坐标测量机校准到可遵循的国际标准,诸如美国NIST或英国国家物理实验室(NPL)标准。

该公司也检验它的机床,保证它符合标准如ISO或ASME,两者都要求球棒和激光校准检验。Skulan说,很重要的是要注意到,这些标准不规定机床必须满足的精度,它们不决定必须满足的精度(它的加工能力)。

然后,该公司把制件定位、夹紧。主轴安装的探测器,在加工循环中的各处,测量制件各部位的尺寸,用于与编程零件作比较,然后在加工零件时,补偿差值。

制件比较法对于捕获角度和瞬变热误差特别有效,这两种误差不能用激光补偿。根据该公司介绍,制造商可以把这技术用于几乎任何加工中心,保持公差接近机床的重复性标准,并补偿热效应。制件比较法也能用于首件和末件的检验。

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