在線測量技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)動車組構(gòu)架加工中的開發(fā)應(yīng)用

針對中國標(biāo)準(zhǔn)動車組構(gòu)架端板加工效率低、存在安全質(zhì)量隱患的問題，通過精度校正、測量和設(shè)置坐標(biāo)系，開發(fā)了數(shù)控加工過程中的在線測量技術(shù)，解決了上述問題，為在線測量技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在線測量，指的是包括工程和科學(xué)研究乃至生活過程中所進行的一切實時或準(zhǔn)實時測量。如果能在生產(chǎn)線上對加工過程加以檢測，即進行“在線測量”，不僅可以降低消耗、減少成本、增加產(chǎn)量和提高效益，還可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、增強產(chǎn)品的競爭力。另外，在線測量還能隨時檢測和診斷甚至排除生產(chǎn)設(shè)備的潛在故障，使生產(chǎn)系統(tǒng)處于最佳的運行狀態(tài)。1.現(xiàn)狀及問題我公司生產(chǎn)的CR400AF型中國標(biāo)準(zhǔn)動車組構(gòu)架端板工藝流程為：①端板單件加工4×φ22mm孔。②端板焊接到構(gòu)架上。③構(gòu)架整體加工，端板需加工140mm×140mm的方孔，方孔與4×φ22mm孔要求中心重合。加工示意如圖1所示。

構(gòu)架焊接存在一定的變形，端板上φ22mm孔的位置發(fā)生變化，孔與孔的相對位置也會產(chǎn)生一定的傾斜。構(gòu)架整體加工時，要求端板上加工方孔的中心與4×φ22mm孔構(gòu)架四邊形的中心重合，傾斜角度與四邊形的整體傾斜角度一致。傳統(tǒng)的加工工藝需要人工測量φ22mm孔的位置，人工計算出位置偏移量，人工偏移、旋轉(zhuǎn)工件坐標(biāo)系后進行方孔加工。該工藝生產(chǎn)效率低，存在安全、質(zhì)量隱患，滿足不了批量生產(chǎn)要求。2.解決問題的思路我公司加工構(gòu)架的數(shù)控機床帶有在線測量系統(tǒng)，由可進行自動刀具交換的測量探頭及其接口、帶自定義宏程序的NC裝置所構(gòu)成，該系統(tǒng)暫未開發(fā)應(yīng)用?？梢酝ㄟ^編制在線測量宏程序，測量探頭自動檢測端板φ22mm孔的位置，將檢測結(jié)果存儲到CNC的系統(tǒng)參數(shù)里，根據(jù)存儲的系統(tǒng)參數(shù)計算出工件坐標(biāo)系偏移量和旋轉(zhuǎn)量，在方孔加工所用的坐標(biāo)系初始化時將偏移量、旋轉(zhuǎn)量設(shè)置進去，自動實現(xiàn)坐標(biāo)系的調(diào)整，進行全自動檢測、加工。該方案的難點在于在線測量程序的研究、測量精度的校正和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。3.在線測量技術(shù)應(yīng)用驗證（1）選用測量探頭選用Renishaw在線測量探頭，該探頭由BT50測量刀柄、測頭裝置、LP2轉(zhuǎn)接頭、LPE2延長桿、測針和測頭組成（見圖2）。（2）探頭初始化測量探頭長度為311.511mm，測頭直徑為6mm，初步設(shè)置偏心量為0mm，測量時的接近量及過頭量均為10mm，測量4個點確定圓，編制探頭初始化程序如下。G65P9101.S1.X0Y0Z311.511D6.F50R1000.A10.B10.C0.I0Q4.；（3）探頭偏心量設(shè)置及精度校正探頭X、Y方向的偏心量通過測量標(biāo)準(zhǔn)孔進行校正，標(biāo)準(zhǔn)孔直徑為φ50mm，理論坐標(biāo)為X0、Y0。使用探頭測量標(biāo)準(zhǔn)孔的實際坐標(biāo)值，將其設(shè)置為探頭的偏心量，偏心量校正程序如下。G65P9171Z-10.D50.；測量直徑為50mm的標(biāo)準(zhǔn)孔#790=#115；將X方向偏移量#115賦值給#790#791=#116；將Y方向偏移量#116賦值給#791G65P9101S1.X[#790]Y[#791]Z311.511D6.F50R1000.A10.B10.C0I0Q4.；探頭二次初始化，增加偏心量參數(shù)探頭偏心量校正以后，再次測量φ50mm標(biāo)準(zhǔn)孔，根據(jù)測量直徑偏差，設(shè)置為探頭的精度校正值，精度校正程序如下。G65P9201S1.X0Y0Z-10.D55.R98.；測量直徑為50mm的標(biāo)準(zhǔn)孔G65P9161H792.；將測量的直徑偏差值賦值為#792G65P9101S1.X[#790]Y[#791]Z311.421D6.F50R1000.A10.B10.H792.I0Q4.；探頭三次初始化，增加精度校正值（4）測量端板φ22mm孔的位置使用測量探頭對端板上4個φ22mm孔進行檢測，將各個孔的坐標(biāo)值存儲到CNC系統(tǒng)參數(shù)中，根據(jù)坐標(biāo)值計算4個孔的整體傾斜角度，程序如下。G65P9201S1.X-115.Y50.Z-15.D22.；測量孔1#850=#111；將孔1的X坐標(biāo)賦值給#850#851=#112；將孔1的Y坐標(biāo)賦值給#851G65P9201S2.X-115.Y-50.Z-15.D22.；測量孔2#852=#111+#850；將孔1與孔2的X坐標(biāo)中點賦值給#852#853=#112+#851；將孔1與孔2的Y坐標(biāo)中點賦值給#853G65P9201S2.X115.Y-50.Z-15.D22.；測量孔3#854=#111；將孔3的X坐標(biāo)賦值給#854#855=#112；將孔3的Y坐標(biāo)賦值給#855G65P9201S2.X115.Y50.Z-15.D22.；測量孔4#856=#111+#854；將孔3與孔4的X坐標(biāo)中點賦值給#856#857=#112+#855；將孔3與孔4的Y坐標(biāo)中點賦值給#857#858=ATAN[ABS[#856-#852]/[#857-#853]]；計算傾斜角度賦值給#858（5）設(shè)置方孔加工的坐標(biāo)系

將4×φ22mm孔的整體中心設(shè)置為方孔加工的坐標(biāo)系原點，程序如下。G65P9710C56.；G65P9711B180.X[0]Y[#852/2+#856/2]Z[#853/2+#857/2]；判斷4×φ22mm孔構(gòu)成的四邊形的整體傾斜方向，如果整體向下傾斜，方孔加工坐標(biāo)系則順時針旋轉(zhuǎn)；如果整體向上傾斜，方孔加工坐標(biāo)系則逆時針旋轉(zhuǎn)，程序如下。IF[#857GE#853]GOTO1000；如果整體往上傾斜，程序跳轉(zhuǎn)至1000IF[#857LT#853]GOTO1001；如果整體往下傾斜，程序跳轉(zhuǎn)至1001N1000；G68R#858；坐標(biāo)系逆時針旋轉(zhuǎn)GOTO1003；N1001；G68R-#858；坐標(biāo)系順時針旋轉(zhuǎn)GOTO1003；N1003；方孔加工程序……至此，方孔加工完成。應(yīng)用在線測量技術(shù)加工的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組構(gòu)架端板方孔，經(jīng)三坐標(biāo)測量機檢測，方孔中心與4×φ22mm孔構(gòu)成的四邊形的中心重合，整體傾斜角度相等，加工結(jié)果滿足