在車床上對長孔進行高精準掃描

廣州粵研鐘彥華

文章來源：MM《現代制造》 發布時間：2018-01-12

一個復雜部件上的四個長孔就會令一家制造服務商傷透了腦筋。由于迄今為止，尚無法采用所熟知的設備來完成這項加工任務，因此必須要尋找到一種新的技術方案，即一款配有測量探頭的車床。

位于德國黑森林地帶中部Oberwolfach 地區的Karlheinz Lehmann公司是一家切削技術服務商。該家族企業擁有17名員工，擁有占地1000 m2的廠房，可在其20臺高度現代化的CNC車銑設備上加工高精密旋轉對稱的部件。企業成立至今已有40多年，該家族企業也已經由公司創建者的第二代子女接管。Lehmann公司采用最新技術，承接大、小批量生產并實行三班作業(夜班只安排腦力工作)。該傳統型家族企業以“以完美的精度實現藝術性切削加工”為理念，贏得了諸如Parker Hannifin公司等一批國際性跨國大企業成為其客戶。

高度安全性的測量降低廢品率

為了滿足某些工業領域對產品的嚴苛要求，在生產過程中對部件進行測量是非常重要的。為此，如果把工件從加工設備上卸下并送到測量室進行測量，然后對導致的偏差再次進行返工的話，則會增加生產的經濟成本。而在此期間，產品生產仍在繼續進行，很快會導致不合格率居高不下。為了避免此類情況的發生，位于Grünkraut地區的Blum-Novotest公司可以提供安全性高的測量設備。Karlheinz Lehmann公司配備的是TC76-Digilog型測量探頭，它可以完成幾乎不可能完成的任務。

Blum-Novotest公司的TC76-Digilog型測量探頭對長孔的整個外形輪廓進行掃描

“復雜程度高的部件已經列入到我們需要解決的日常議程之中。但是，壓縮空氣設備所需的快速封閉耦合件卻令我們傷透了腦筋。經過硬化和涂層處理的易切削鋼、螺紋、孔和四個略呈錐形的長孔是這種部件的主要組成部分，而后者則是整個部件結構中的難點。”Karlheinz Lehmann公司總經理Timo Lehmann這樣描述全球傳動與控制及氣動技術主導生產商(即Parker Hannifin公司)的制造項目所帶來的挑戰。

圖1 根據不同的測量任務，TC76-Digilog型測量探頭可以水平或垂直安裝在車床上

在平行度上最大只允許偏差2 μm

長孔在平行度上只允許與基準值偏差2 μm。否則，Parker-Hannifin部件的自動組裝設備將會隨即停機。此外，當公差范圍被超出時，部件的快速封閉耦合功能也會失去作用。在略呈錐形的長孔上設有裝配好的球體，但它既不可太過凸出，也不可掉入到長孔里去。

通過采用這種設計結構，Parker快速封閉耦合件可以避免以往在脫耦時經常發生的爆裂現象，并可實現單手操作。與制造同樣嚴苛的是對長孔的測量。Blum公司的TC76-Digilog型測量探頭是針對尺寸檢驗方面的唯一一種具有良好經濟性的解決方案。

圖2 快速封閉耦合部件可以阻止在松解時的爆裂現象。其制造過程非常復雜，唯有采用Blum公司的TC76-Digilog型測量探頭，方可對四個略呈錐形的長孔進行測量

“除了時間因素之外，由于長孔的錐形特征所限，在設備之外幾乎無法對部件進行測量。因此，我們就產生了一種想法，尋找一種可以把測量功能直接納入到生產流程中并可快速識別和挑揀出有缺陷部件的新型車床設備。”Timo Lehmann回憶說，“而常規的測量方法對整體輪廓的三基點或四基點掃描和求值的方法是無法發揮作用的。”

因此，他向車床制造廠家Citizen公司詢問，是否可以提供一種內置測量探頭的新的組合型車床設備，來滿足其要求。“該企業的回答比我預期來得更快，‘我們能做到!’”Timo Lehmann回顧說道。在2014年斯圖加特AMB展會上，他就看到了包含Blum-Novotest公司的TC76-Digilog型測量探頭在內的有關Cincom M32型設備的行動。采用這種組合可以實現哪些功能，對此他充滿信心。

系統在1 s內可生成50 000個測量數值

Blum公司的TC76-Digilog型測量探頭與純數字式測量探頭的區別較大，采用帶有探測頭的常規測量系統對工件表面進行觸摸時，會生成一個開關信號。另一方面，以往對掃描偏轉量進行測量和求值而不是僅僅提供數字輸入和輸出信號的模擬測量探頭都非常大且昂貴，大多也只能在座標測量設備上看到。而Blum-Novotest公司則為機床設備的惡劣應用條件，開發出了集數字技術和模擬技術于一身的TC76-Digilog型測量探頭。

“在評判面或線方面，模擬測量具有優勢。此時如果采用一種開關式數字探頭，在測量長孔時又需要達到足夠的分辨率的話，就必須測量很多個點。” Blum-Novotest GmbH公司負責技術營銷的David Cousins解釋說。“而TC76-Digilog型測量探頭則可以以2 m/min的測量速度，從部件表面上掠過，并對之進行掃描。該系統在模擬測量數值采集的基礎上，在極短的時間里生成大量的數據，確切地說是50 000個/s。”

圖3 在測量速度為2 m/min時，測量探頭可以生成50 000個/s的測量數值

自2015年2月以來，Cincom M32和TC76-Digilog項目團隊在為Parker Hannifin公司的批量生產中工作順利。工作進程為：在批量生產之前，把一個基準部件裝卡到機床設備上，對長孔的整個輪廓進行掃描和繪制。所測得的樣板外形被儲存到求值軟件里。后續所生產的批量工件將會與所繪制的外形進行比對，一旦超出公差范圍，即會被挑揀出來。由此可以在切削流程之后，直接在機床設備上對偏差較小的長孔進行可靠的檢驗。

“在機床設備上的測量可以帶來巨大的好處。如果都能夠像Parker Hannifin快速封閉耦合件一樣在輔助生產時間里做此類工作，那就再好不過了!” Timo Lehmann說道。Lehmann公司由此可以實現100%檢驗并可通過采用求值軟件對錯誤傾向作出早期識別。

圖4 Karlheinz Lehmann公司總經理Timo Lehmann說道：“在制造空壓設備的快速封閉耦合部件方面，我們傷透了腦筋！”

通過公差極限和預警極限消除錯誤傾向

在求值軟件里，除了公差極限之外，還可以對預警極限作出定義。此類極限與求值軟件里的樣板外形及實際掃描外形一起，被顯示在一個示意圖里。一旦所掃描的外形超出了預警極限的話，則會導致系統輸出一個警報信號。操作人員即可進行早期干預并對切削參數進行調整。由此可以消除錯誤傾向，避免生產出不合格部件。

TC76-Digilog型測量探頭既可安裝在磨床上，也可安裝在銑床上。由于具備較大的掃描力度，該款測量探頭也很適合用于使用條件比較惡劣的車床上。TC76-Digilog型測量探頭以非常精確的方式接近部件并對之進行精密測量，而不受移動方向的影響。其Shark360型測量儀已經獲得專利。“無論是冷卻劑，還是粘稠的油脂，都不會對可靠的測量數值造成任何不良影響。測量探頭以很大的掃描力度穿透冷卻劑。”David Cousins補充說道。

Blum-NOvotest/Citizen設備組合也可被用于10 000～30 000件產品的大批量生產場合。生產訂單大多來自電子、過濾技術、氣動、液壓、連接技術和模型制造等行業。所加工的諸如不銹鋼、調質鋼和易切削鋼及鋁材等材料也分布很廣。

“此前，我們幾乎已經到了不得不拒絕Parker-Hannifin公司快速封閉耦合部件訂單的地步。而通過對Blum測量探頭和Citizen設備的結合使用，我們可以很幸運地預測，我們找到了一種高效的技術解決方案。”Timo Lehmann對此非常滿意，同時也充滿了信心。

, S; m9 ?, O( Q% o+ [
2 c4 Q4 z6 B1 B
0 \: m6 e% a5 ]# L3 Z! r: ^9 J