目前，隨著部件功能和精度的進(jìn)一步提高，對(duì)加工流程的要求也在日益增長(zhǎng)后裸。結(jié)合了很高自動(dòng)化程度的綜合性加工任務(wù)要求機(jī)床設(shè)備能力也要得到不斷地改進(jìn)，以此實(shí)現(xiàn)更好的可靠性冒滩。對(duì)此微驶，僅依靠對(duì)機(jī)械性能的優(yōu)化已經(jīng)不能滿足要求，制造成本和生產(chǎn)率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)則顯得越來(lái)越重要开睡。因此因苹，停機(jī)時(shí)間、設(shè)備故障率篇恒、殘次品成本和測(cè)量與檢驗(yàn)等各項(xiàng)費(fèi)用均成為了企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)扶檐，這些必須得到進(jìn)一步的降低。

無(wú)誤差公差

以飛機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件為例來(lái)加以說(shuō)明胁艰。此類(lèi)部件必須實(shí)現(xiàn)高精度加工款筑，以達(dá)到高效運(yùn)行并確保最大的安全性能。部件唯有接受切削加工(即銑削加工)腾么，方可達(dá)到所需的制造精度浩出。但是，一旦切屑和廢料等異物進(jìn)入到刀具的接觸面靡隔，銑床的加工精度就會(huì)喪失殆盡扶蜻。異物將會(huì)在接觸面上沉積下來(lái)，并在各接觸面之間生成一條縫隙谆纸。

很微小的顆粒物足以使鏜銑刀具發(fā)生明顯的錯(cuò)位搔绿。其結(jié)果便是導(dǎo)致殘次品的產(chǎn)生。尤其是在加工費(fèi)用昂貴的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件時(shí)片迁，代價(jià)便會(huì)更高抖唧。因此陷克，高可靠性的作業(yè)便成為最高的準(zhǔn)則煞肠，以避免經(jīng)濟(jì)損失。

在以復(fù)合加工工藝和聯(lián)合機(jī)床為特征的批量加工汽車(chē)產(chǎn)品部件時(shí)版幕，情況也是如此乏束。在這里，單臺(tái)設(shè)備和流程均可對(duì)整條生產(chǎn)流水線的加工過(guò)程和質(zhì)量產(chǎn)生影響衔甲。因裝卡精度不足而造成的機(jī)床加工誤差往往要到下一道質(zhì)量控制環(huán)節(jié)時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)糖埋。除了產(chǎn)生殘次品部件之外宣吱，這樣的事件還會(huì)導(dǎo)致單臺(tái)設(shè)備或整條生產(chǎn)線的停機(jī)。同時(shí)瞳别，查找和排除故障征候、識(shí)別工件和重新運(yùn)行所需跟蹤時(shí)間都會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用。

Planko監(jiān)視系統(tǒng)被集成到刀具主軸上祟敛，由此該電子組件可以在旋轉(zhuǎn)的主軸上自行工作

通過(guò)采用監(jiān)視系統(tǒng)來(lái)規(guī)避誤差

在切削加工過(guò)程中避免殘次品和停機(jī)事故的辦法是對(duì)機(jī)床設(shè)備的特征進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視疤坝。其目標(biāo)便是對(duì)誤差進(jìn)行早期識(shí)別，對(duì)可能造成的損傷進(jìn)行規(guī)避馆铁，并采取整治措施跑揉。對(duì)此還可采用基于動(dòng)壓測(cè)定原理的成熟的系統(tǒng)。在更換刀具之后埠巨，可以對(duì)壓縮空氣吹洗通道的壓力進(jìn)行求值历谍。如果在刀具和刀柄之間出現(xiàn)間隙的話，壓力就會(huì)隨著間隙的加大而降低辣垒。通過(guò)這種原理望侈，可以對(duì)大于30?μm的間隙進(jìn)行測(cè)定。

鑒于部件的精度在日益提高乍构，這種傳統(tǒng)的監(jiān)視手段已經(jīng)不能滿足要求惜肃。對(duì)此，高精度傳感器可以起到很好的輔助作用仓近。它可以對(duì)刀具狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視盲狈。這種測(cè)量技術(shù)可以以微米級(jí)的精度對(duì)刀具的位移進(jìn)行測(cè)定。該系統(tǒng)記錄偏差數(shù)值并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)肌蛮，以免制造出有誤差的部件螺矮。IWU Fraunhofer機(jī)床和成型技術(shù)研究所與Ott-Jakob Spanntechnik公司合作，對(duì)此類(lèi)設(shè)備的工作效果進(jìn)行了探索忍猛。

其高精度的Planko監(jiān)視系統(tǒng)可以在雷達(dá)上清晰地反映出刀具距離最佳定位的偏差程度畅型。Planko系統(tǒng)的基本元件為讀取器(它被固定在電動(dòng)主軸-定子上)和一個(gè)緊湊型無(wú)源電子組件(由諧振器、電纜和位于主軸凸緣上的插頭構(gòu)成)掐股。在讀取器上可以生成一種頻率為24.1?GHz的電磁信號(hào)乘澈，該信號(hào)被傳遞到轉(zhuǎn)子側(cè)被用作發(fā)送和接收單元的天線上，并通過(guò)一條電纜線繼續(xù)傳遞給諧振器扳九。在諧振器上尝鬓，基于金屬反射絕緣壁可以生成一種駐波。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中玖瘸，刀具接觸面的平整貼合通過(guò)諧振器的問(wèn)詢來(lái)確定秸讹。讀取器借助于一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)值，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償雅倒。如果測(cè)量數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)值產(chǎn)生偏差璃诀，則通過(guò)一個(gè)比較儀信號(hào)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并把測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)床控制系統(tǒng)弧可。

圖1 高精度傳感系統(tǒng)的構(gòu)造

異物無(wú)法排除

帶有空心錐桿(HSK)的刀柄在裝卡時(shí)的定位和可重復(fù)精度取決于主軸與刀柄接觸面的貼合程度和貼合精度，這也是為何刀具連接處對(duì)異物非常敏感的原因劣欢。切屑主要是在更換刀具時(shí)被帶入棕诵，但在刀具庫(kù)里，接觸面也會(huì)受到污染凿将。例如冷卻潤(rùn)滑劑的殘余物凝固之后便會(huì)在刀柄接觸面上形成一個(gè)污物膜年鸳。事實(shí)上，在刀具更換過(guò)程中可以采取空氣吹洗作業(yè)丸相。但是搔确，F(xiàn)raunhofer研究所的研究人員所做的一項(xiàng)三噴嘴吹氣清潔的氣流速度模擬表明，這沒(méi)有達(dá)到均勻的清潔效果灭忠。因此并不排除有微小異物沉淀的可能性膳算。這將阻礙對(duì)批量生產(chǎn)中的良好流程可靠性的實(shí)現(xiàn)。

圖2 吹氣清潔–接觸面上的不同氣流速度分布導(dǎo)致不均勻的清潔效果

圖3 異物進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致刀具傾覆（上）攘体、軸位移或兩者情況均可能出現(xiàn)

對(duì)所產(chǎn)生的誤差的測(cè)評(píng)

在加工流程質(zhì)量方面好浆，決定性的因素在于異物對(duì)刀具位置和刀具中心點(diǎn)(TCP)位置的影響。根據(jù)異物的不同尺寸办轮、形狀和位置浓朋，在刀具接觸點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生某種同圓度誤差，而原因可能在于刀具發(fā)生傾斜或發(fā)生軸位移枫欢。其表現(xiàn)形式可以是存在于接觸面之間的一種可測(cè)量的間隙磨搭。用于監(jiān)視刀具位置的測(cè)距系統(tǒng)可對(duì)兩個(gè)接觸面之間的間隙寬度進(jìn)行測(cè)定，也可以只對(duì)接觸平面進(jìn)行測(cè)定返引。

Fraunhofer-IWU的研究基于對(duì)影響因素的敏感度模擬輔助分析缭亦。對(duì)模擬結(jié)果的測(cè)評(píng)情況表明，盡管存在一些其他影響因素隔每，但刀具傾斜仍然成為一種主要的效應(yīng)培穆，并以TCP在接觸面上產(chǎn)生可測(cè)量間隙和相應(yīng)位移的方式表現(xiàn)出來(lái)。研究人員利用這種認(rèn)識(shí)來(lái)對(duì)監(jiān)視刀具在接觸面上位置的測(cè)距傳感元件進(jìn)行最佳布置贼酵。

此外糙笛，F(xiàn)raunhofer研究所研究人員還在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)Planko系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性進(jìn)行測(cè)評(píng)。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸孔精加工生產(chǎn)鏈和渦輪機(jī)軸整體加工以及飛機(jī)渦輪盤(pán)加工生產(chǎn)鏈均成為該項(xiàng)研究工作的組成部分烛愧。其結(jié)果是：只要在此類(lèi)監(jiān)視系統(tǒng)上投入油宜，經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)趨好。對(duì)于自動(dòng)化程度高的批量生產(chǎn)和精度要求高的生產(chǎn)場(chǎng)合來(lái)說(shuō)屑彻，尤為如此验庙。Fraunhofer研究所研究人員可以通過(guò)對(duì)投資回收期的預(yù)報(bào)顶吮，來(lái)揭示其經(jīng)濟(jì)效益性：根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和系統(tǒng)社牲，投資回收期大約為1～5年粪薛。在某些場(chǎng)合中，只要能夠避免兩件瑕疵部件的發(fā)生搏恤，這項(xiàng)投資就已經(jīng)非常值得违寿。對(duì)市場(chǎng)潛力的分析結(jié)果表明，這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)航空工業(yè)熟空、汽車(chē)工業(yè)以及刀具制造業(yè)的廣泛的應(yīng)用藤巢。

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