零件尺寸检测

零件尺寸检测（共7篇）

零件尺寸检测 篇1

摘要：本文设计了一种基于LabVIEW和单片机数据采集系统的机械零件尺寸公差检测仪。单片机系统采集到的传感器数据通过串口发送至PC机,LabVIEW程序接收数据并分析,将检测结果通过人机界面显示。从下位机和上位机两个部分阐述设计。测试证明,系统能实时精确地完成测量功能。

关键词：LabVIEW,串行通信,AVR单片机,数据采集

0 引言

尺寸公差是机械零件生产制造中的重要检测项目。传统人工检测速度慢和效率低,使用专用检测设备成本高,并且难以实现通用性。基于Lab VIEW的零件尺寸公差检测仪,将尺寸公差检测仪虚拟化,通过传感器、信号采集板和PC机完成整个测量工作,操作方便快捷、显示直观、精度高且容易实现通用性。Lab VIEW和数据采集板卡相配合,能构成整套复杂的测试测量系统,但由于数据采集板卡价格昂贵且安装不方便,本文使用单片机作为前端数据采集系统,将采集数据通过单片机串口发送至PC机,在Lab VIEW平台上完成数据的分析、显示和人机交互[1]。

1 下位机系统设计

1.1 硬件设计部分

下位机系统主要包括单片机、电源模块、信号输入及调理模块、串口发送模块等。单片机采用Atmel公司生产的ATmega16型8位处理器。传感器检测零件尺寸,输出电压信号为-5V~+5V,输入调理模块将信号隔离并抬高至0V~+10V,经电阻分压后接入单片机。单片机使用自带的10位ADC将调理好的电压信号进行模数转换,并将转化后的结果通过串口发送模块发送至上位机,MAX232芯片完成TTL和RS-232的电平转换[2]。

1.2 软件设计部分

下位机的程序主要包括三个部分:模块初始化子程序、A/D转换子程序和串口发送子程序。软件流程图如图1所示。由于本例中需要不停的采集传感器信号并通过串口向PC机发送实时数据,故自行设计了简单的应用层通讯协议,将数据按帧格式发送,通过Lab VIEW程序寻找帧头,以实现数据的可靠交付传输。串口数据帧格式如图2所示。

2 上位机系统设计

2.1 Lab VIEW串口模块

采用Lab VIEW的VISA(Virtual Instrumen Software Architecture)串行通讯子VI来开发串行通信模块。主要包括VISA Configure Serial Port.vi:将指定的串口按特定设置初始化,包括波特率、数据格式等。VISA Write.vi:将写入缓冲区的数据写入指定的设备或接口中。VISA Read.vi:从指定的设备或接口中读取指定数量的字节,并将数据返回至读取缓冲区。VISA Close.vi:将打开的串口关闭[3,4]。由于在Lab VIEW平台中串行通信数据是以字符串为格式,故将串口得到的数据通过字符串至字节数组转换控件转换成十六进制数组。为了满足自行制定的应用层协议,在Lab VIEW串口接受子模块中,加入了由搜索一维数组(Search1D Array)和while循环构成的数据帧的解析功能模块,由此寻找出数据帧帧头,最终提取出传感器电压信号的数字量,具体程序如图3所示[5]。

2.2 按键输入模块

Lab VIEW按键模块完成对六个按键的监测和识别,不同按键相组合,实现不同的功能,主要有标准上下公差的设定、分辨率的设定和设置密码等。功能状态通过模拟6位8段数码管的字符串控件显示。设计时将按键封装成簇,当有按键按下后,簇的值将发生改变,同时触发事件结构,在事件结构中完成按键的识别和按键指令的编写。按键识别通过将簇结构转化成数组,再搜索数组中数据的值来实现。不同的按键激活不同的case结构,在case结构中完成按键功能的编写。由于按键所需实现的功能较多,故使用了基于状态机的编程思路,即按键内部的逻辑通过引入状态标志来转换,状态标志和数码管控件通过移位寄存器传递至下一个循环。具体程序如图4所示。

2.3 灯光柱显示模块

灯光柱显示模块使用布尔数组模拟了一百个三色LED灯,通过灯光柱高度的变化,实时的显示了传感器所测得零件的尺寸和设定的标准尺寸的偏差:中间位置为零刻度,表示无偏差;往上往下分别表示为上偏差和下偏差。同时,通过灯光柱颜色的改变,直观的反映了零件是否符合公差要求:当灯光柱为绿色时,表示符合;为黄色时,说明所测零件尺寸已接近最大公差值,表示警告;为红色时,说明所测零件尺寸已超出最大公差值,表示不符合。颜色的改变可通过调用布尔数组的颜色属性节点来完成。Lab VIEW公式节点(Formula Node)完成了通过Lab VIEW串口通信模块得到的传感器电压值和按键模块输入的标准尺寸值的比较计算,公式节点中使用C语言编程,将计算结果用状态标识符返回,来控制case结构的跳转,实现对灯光柱的控制。子模块程序框图如图5所示[6]。

3 系统测试和结果

系统上电复位后,即可通过Lab VIEW界面中的按键输入模块输入标准零件的尺寸,当参数设置完成后,系统自动进入测量状态。此时,将待测零件置于传感器测量的规定位置,传感器便测出了该零件的实际尺寸,以电压值的方式传送至下位机信号调理系统,该系统将所测信号通过串口发送至上位机Lab VIEW软件,最终以灯光柱的方式给出测试结果。显示界面如图6所示。

4 结束语

通过Lab VIEW软件将零件尺寸公差测试仪虚拟化,运用PC机强大的运算能力完成工业测试测量。它的优点是:1)Lab VIEW所使用的G语言方便快捷,便于项目初期定型和快速研发,提高了开发效率;2)使用软件作为测试手段,可以减少昂贵的专用设备投资,同时降低了设备维护成本,使经济效益大为提高;3)软件便于维护升级,为仪器功能扩展提供了广阔的空间。同时,虚拟仪器也面临着一些问题和不足,诸如系统精度、抗干扰能力等。在后续研究中,尝试把互联网络通讯引入系统,即通过TCP/IP协议,把数据传送至Internet网或另一台计算机。这样,工程技术人员即使不在控制现场,也可以通过网络随时了解现场的控制系统运行情况和系统参数的实时变化,并可根据具体情况通过网络在客户计算机上对在控制现场运行于服务器计算机的控制系统发出命令,及时调整现场控制系统运行状况,从而达到远程控制的目的[7]。可使测试系统更加灵活方便,检测仪产品更具有竞争力。

参考文献

[1]于祯,王秀清.基于LabVIEW与单片机串口的信号处理的研究[J].天津科技大学学报,2004:35-38.

[2]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京:航空航天大学出版社,2009:13-14.

[3]杨乐平,李海涛,赵勇,等.LabVIEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社,2003:326-336.

[4]陈锡辉,张银宏.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007:296-302.

[5]郑雁阶,黄惟公,张丹.基于LabVIEW与USB接口的实时数据采集系统[J].电子技术,2009:77-79.

[6]祁宁,陈庆官.运用LabVIEW编程模拟PIC单片机A/D转换[J].微计算机信息,2009:117-118.

[7]阎世栋.在虚拟仪器LabVIEW平台中串行通信模块的应用[J].国外电子测量技术,2004:39-40.

零件尺寸控制方法 篇2

数控加工要求工序尽可能集中, 常常粗、精加工在一次装夹下完成, 为了减少热变形和切削力引起的变形对工件的形状精度、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响, 应将粗、精加工分开进行。

对既有内表面 (内型、腔) , 又有外表面需加工的零件, 安排加工工序时, 应先进行内外表面的粗加工, 后进行内外表面的精加工, 以保证工件的表面质量要求。同时, 对一些箱体零件, 为保证孔的加工精度, 应先加工表面而后加工孔。

遵循保证精度的原则, 以零件的精度为依据来划分数控加工的工序。

2 数控加工误差的组成

数控加工误差是由编程误差、机床误差、定位误差、对刀误差等误差综合形成。这里主要探讨的是对刀误差的解决方法。

3 常用的尺寸控制方法

3.1 修改刀补保证尺寸精度

由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差, 不能满足加工要求时, 可通过修改刀补使工件达到要求尺寸, 保证径向尺寸方法如下。

1) 绝对坐标输入法。根据“大减小, 小加大”的原则, 在刀补001~004处修改。如用2号切断刀切槽时, 工件尺寸大了0.1 mm, 而002处刀补显示是X3.8, 则可输入X3.7, 减少2号刀补。

2) 相对坐标法。如上例, 002刀补处输入U-0.1, 亦可收到同样的效果。同理, 对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段, 尺寸长了0.1 mm, 可在001刀补处输入W0.1。

3.2 半精加工消除丝杆间隙影响, 保证尺寸精度

对于大部分数控车床来说, 使用较长时间后, 由于丝杆间隙的影响, 加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时, 可在粗加工之后, 进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后, 可在001刀补处输入U0.3, 调用G70精车一次, 停车测量后, 再在001刀补处输入U-0.3, 再次调用G70精车一次。经过此番半精车, 消除了丝杆间隙的影响, 保证了尺寸精度的稳定。

3.3 程序编制保证尺寸精度

1) 绝对编程保证尺寸精度。编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上, 各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说, 相对编程的坐标原点经常在变换, 连续位移时必然产生累积误差;绝对编程是在加工的全过程中, 均有相对统一的基准点, 即坐标原点, 故累积误差较相对编程小。数控车削工件时, 工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高, 故在编写程序时, 径向尺寸最好采用绝对编程, 考虑到加工及编写程序的方便, 轴向尺寸常采用相对编程。但对于重要的轴向尺寸, 最好采用绝对编程。

2) 数值换算保证尺寸精度。很多情况下, 图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致, 故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。除尺寸13.06 mm外, 其余均属直接按图标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中, Φ29.95 mm、Φ16 mm及60.07 mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。

3.4 修改程序和刀补控制尺寸

数控加工中, 经常碰到这样一种现象:程序自动运行后, 停车测量, 发现工件尺寸达不到要求, 尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工工件, 经粗加工和半精加工后停车测量, 各轴段径向尺寸如下:Φ30.06 mm、Φ23.03 mm及Φ16.02 mm。对此, 笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救。

1) 修改程序。原程序中的X30不变, X23改为X23.03, X16改为X16.04。这样一来, 各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06 mm。

2) 改刀补。在1号刀刀补001处输入U-0.06。经过上述程序和刀补双管齐下的修改后, 再调用精车程序, 工件尺寸一般都能得到有效的保证。

数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式。实际加工中, 操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能, 方能编制出高质量的加工程序, 加工出高质量的零件。

车削加工实例:二次精车控制尺寸。一次精车结束后, 如果工件仍达不到规定的精度要求, 那就需要使用二次精车。方法如下:一次精车结束—测量工件的实际尺寸—大的话就在刀补中设置, 如下:用图形尺寸-实际测量尺寸=刀补值。

如:30-31.1=-1.1 (车外圆时, 一般为负值)

30-28.1=1.9 (车内孔时, 一般为正值)

按U-1.1或U1.9—按输入 (把值输入到刀具磨损补偿中)

然后在编辑状态下, 把光标移到精车的前面, 再执行一次精车。

完成如图1所示零件的加工。毛坯尺寸ф45×60。

摘要：常用的手动试切对刀法的对刀精度十分有限, 很多人只会简单地预留加工余量, 对零件尺寸的控制方法了解得很少, 这在实际生产中是不可取的。在平时使用FANUC数控车床加工中, 总结了一些尺寸控制的方法。

关键词：尺寸控制,精度,二次精车,刀补

参考文献

[1]任同.数控加工工艺学[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2012.

零件图中尺寸标注常见问题的讨论 篇3

一张完整的图纸不仅要准确地表达立体的形状, 而且必须在视图中标注正确尺寸。视图只能表示零件的形状, 零件的大小要靠标注尺寸来决定。若图中缺少一个尺寸, 零件就无法加工;若标注错误一个尺寸, 加工出来的零件就将成为废品, 造成一定的经济损失。

零件图上标注尺寸应做到正确、完整、清晰、合理。“正确”就是要符合国家标准。“完整”就是尺寸标注不多不少。“清晰”就是尺寸布局合理, 不影响看图。“合理”即标注的尺寸首先应该满足设计要求, 以保证产品质量, 满足工艺要求, 利于制造和测量。所以在标注尺寸时必须认真负责, 一丝不苟。

零件图的尺寸主要有定形尺寸、定位尺寸和总体尺寸。总体尺寸一般比较容易标注, 不再赘述。本文主要针对定形尺寸、定位尺寸进行分析。

1 利用形体特征表达式标注定形尺寸

零件的尺寸标注一般以形体分析法为主, 这就要求标注尺寸前, 务必要把零件的构形分析清楚。零件是由基本几何体 (如棱柱、棱锥、圆柱、圆锥、圆球、圆环等) 通过叠加和挖切两种方式组合而成的立体, 具有比较复杂的形状、大小特征, 这就造成在标注尺寸的时候容易漏标、重复标或者标注不合理、不清晰。为了避免上述问题的出现, 在标注尺寸时采取把形状复杂的立体分析成为由基本几何体构成的方法, 即形体分析法。每一个基本体都具有一定的形状和大小, 并处于复杂形体中的某一具体位置。

由于零件的结构千差万别, 对于复杂零件而言, 工程图样本身只适合绘制, 却难以用文字表达。一般情况下, 分析零件时口头表达会采取代号法 (如形体1、形体2…) 来表达。但是复杂零件在纸上表达时就非常繁琐, 不便于学习与工程设计时对零件结构分析与表达。这样在标注尺寸时, 尺寸标注不完整就不便进行检查。文献[2]提出了利用形体特征表达式辅助绘制和识读机械图的方法。在此基础上, 笔者试图寻找利用形体特征表达式辅助尺寸标注的方法。

2 形体特征表达式

2.1 简单形体与形状特征简图

根据CAD/CAM技术特征造型的思想, 形体的特征可分为形状特征和位置特征。形状特征是用于描述形体几何形状的特征, 由一个或多个简单特征组成。每一个形状特征又同时具有层面轮廓特征和成型轮廓特征, 它们分别表示构成形体的层面轮廓形状特征和层面累加的轮廓特征。描述简单形体轮廓形状的简化图形称为形状特征简图。基本形体与简单组合形体的特征简图如表1所示。形状特征简图由带有上下标的成型轮廓特征图表示, 其中下标表示层面轮廓特征图, 上标表示层面轮廓特征图的投影方向。用V、H、W分别表示正面投影面、水平投影面和侧面投影面。成型轮廓特征图和层面轮廓特征图是形体两个特征视图的简化图形。在表达时只画出反映主要轮廓特征的线。

2.2 复杂形体与形体表达式

复杂形体是多个简单形体通过不同的位置组合而成的, 因此要把实体的形状特征和位置特征采取一定的方式表达出来, 适合交流。复杂形体的形体特征表达式是用来描述复杂形体形状结构组成的式子。将带有约束特征标记的形状特征简图通过正负号联接就成为形体特征表达式。叠加就用“+”号表示, 挖切就用“-”号表示。由于分析尺寸时一般直接分析各个简单形体的定位尺寸, 所以本文中暂不带约束特征标记。

下面以图1所示轴承座的尺寸标注说明利用形体特征表达式辅助尺寸标注。将形体拆分成简单形体 (如图2所示) , 并注意位置关系, 写出形体表达式, 然后根据形体表达式再进行尺寸分析和标注。

如图1所示的轴承座, 可以用形体表达式表示为

2.3 定形尺寸的标注

形体的定形尺寸是用于描述形体几何形状特征的尺寸, 如圆柱的直径和高, 长方体的长、宽和高等。定位尺寸是用于描述形体相对位置的特征。

以图1所示的组合体为例进行尺寸分析, 其各组成部分的定形尺寸如表2所示。

通过上述例子可以看出, 利用形体表达式来分析尺寸、标注尺寸一目了然, 每个基本形体的定形尺寸基本上都是确定的, 可以避免尺寸标注的重复或者遗漏, 达到标注完全的要求。尤其是对于复杂的形体, 可以方便地书面表达出逐个形体的定形尺寸, 进行检查、修改, 方便交流。

3 定位尺寸的标注

为了准确地标注定位尺寸, 首先要选择恰当的尺寸基准。所谓基准, 就是指度量尺寸的起点。由于每个零件都有长、宽、高三个方向的尺寸, 因而每个方向至少有一个主要基准。尺寸基准一般选择零件的对称面、零件上较大的加工面、零件的结合面、重要的平面和轴肩。根据基准的作用不同, 又可分为设计基准和工艺基准。

3.1 设计基准

设计基准是根据零件在机器中的作用和结构特点, 为保证零件的设计要求而选定的一些基准。设计基准一般是根据零件的工作原理确定的点、直线、平面和确定零件在机器中方位的接触面、对称面、端面、回转面的轴线等。如图3主视图中中心线和底面是设计基准。

3.2 工艺基准

工艺基准是确定零件在机床上加工、检验和装配过程中使用的基准, 以及测量零件尺寸时所利用的点、线、面。工艺基准分为定位基准、测量基准和装配基准。如图1中左视图所示为工艺基准 (图3右图) 。

3.3 双基法标注尺寸

在零件图标注尺寸时, 首先明确所标注零件的设计基准、工艺基准, 以及两个基准之间的关系。从设计基准出发标注尺寸, 能保证设计要求;从工艺基准出发标注尺寸, 则便于加工和检测。因此, 最好使工艺基准和设计基准重合。当设计基准和工艺基准不重合时, 所注尺寸应在保证设计要求的前提下, 满足工艺要求。因此在标注尺寸时要牢牢把握住“双基准”, 即基于“双基法”进行尺寸标注, 才能达到合理标注尺寸的要求。

所以, 如图1所示的轴承座定位尺寸分析后应该标注为表3所示的样式。

4尺寸标注中应把握的四个原则

1) 功能尺寸直接标注原则。由于零件在加工制造时总会产生尺寸误差, 在加工时, 图样中所标注的尺寸都必须保证其精度要求, 没有注出的尺寸则不检测。对于影响产品工作性能、装配精度和互换性的功能尺寸必须直接注出。如图4所示, 尺寸b表示中心高度, 是有设计要求的重要尺寸, 直接注出时加工者就会以底面为基准, 直接加工检测尺寸b, 保证设计要求。而注成尺寸c、d, 虽然理论上c+d=b, 但是由于加工和检测时的误差累积, 很难保证b能满足设计要求。

2) 非功能尺寸符合制造工艺要求原则。零件的制造工艺取决于材料、设计要求、结构形状、产量大小等, 因此, 按制造工艺标注尺寸时, 必须根据实际情况来处理。如图5所示的轴, 要按照轴的车削加工顺序标注尺寸。对比图6所示的加工过程, 就可以看出图5的尺寸就是图6中尺寸的总和。

3) 避免封闭尺寸链原则。封闭尺寸链是首尾相连, 形成一整圈的一组尺寸, 每个尺寸叫尺寸链中的一环。加工时, 由于要保证每一个尺寸的精确度要求, 从而会增加加工成本。因此尺寸一般都应注成开口的, 对精度要求最低的一环不注尺寸, 称为开口环;这样既保证了设计要求, 又可以节约加工费用。如图7 (a) 中尺寸b、c、d、e就是一组封闭尺寸, 这样标注就存在一个多余尺寸。如图7 (b) 中, 把尺寸e省略。

4) 方便测量原则。标注尺寸时应该考虑到测量是否方便, 同时考虑是否能够使用普通测量工具就能测量, 以减少专用量具的设计和制造, 降低经济成本。

如图8, 在加工阶梯孔时, 一般是从端面起按相应深度先做成小孔, 然后依次加工出大孔。因此标注轴向尺寸时, 应从端面标注大孔的深度, 以便测量。

5 结论

通过分析, 零件图标注尺寸时, 以形体特征表达式为基础对零件进行形体分析, 标注定形尺寸;以设计基准、工艺基准为基础标注定位尺寸, 从而避免了尺寸标注的重复或者遗漏等问题, 并强调了尺寸标注时应遵循的四个原则, 解决了零件图尺寸标注的若干常见问题, 从而达到合理尺寸标注的目标。实践表明, 这样标注尺寸逻辑性强, 思路清晰, 直观而又鲜明。

参考文献

[1]唐克中, 朱同钧.画法几何及工程制图[M].北京:高等教育出版社, 2009:84-91.

[2]章易程, 朱益红, 杨振祥.利用形体特征表达式辅助绘制和识读机械图[J].工程图学学报, 2005 (2) :128-131.

零件尺寸检测 篇4

关键词：数控,切割机,尺寸

1 数控火焰切割机特点

微型数控切割机在切割方式上可以有火焰切割和等离子切割两类, 便携式数控火焰切割机主要应用于金属板材快速加工的精细切割机设备, 使用于铁板, 铝板, 镀锌板, 白钢板等金属板材的切割机。便携式数控等离子切割机具有高质量, 高精度, 可操作性强等基本特性, 同时具有于激光切割相媲美的切割精度和更胜于激光切割机的价格优势。因此广泛应用于汽车、造船、工程机械、石化设备、轻工机械、航空航天、压力容器以及装饰、大型标牌制造等各行各业, 适合碳钢 (火焰切割) 、不锈钢以及铜、铝 (等离子切割) 等金属板材切割和下料作业。根据金属材料和切割金属的厚度从工艺角度来说, 一般5mm以上的碳钢板推荐用火焰进行切割, 因为他本身的切割坡口质量比较垂直, 坡口很小, 最大切割厚度可以达到200mm, 不锈钢和有色金属不能用火焰进行切割。

切割机应用目前有金属和非金属行业, 一般来说, 非金属行业分的比较细致, 像有切割石材的石材切割机, 水切割机, 锯齿切割机, 切割布料和塑料, 化纤制品用的激光切割机, 刀片式切割机切割金属材料的则有火焰切割面, 等离子切割机, 火焰切割机里面又分数控火焰切割机, 和手动的两大类, 手动的类别有, 小跑车, 半自动, 纯手动, 数控的有, 龙门式数控切割机, 悬臂式数控切割机, 台式数控切割机, 相贯线数控切割机等等。

2 数控火焰切割机的误差影响

数控火焰切割机设备在切割方式上以火焰切割和等离子切割为重要切割手腕。固然在切割精度及速率上胜于火焰切割, 但关于25MM厚度以上的资料切割性价比绝对偏低。至2001年成立以来, 已陆续10年专业开发数控切割机及相干操控零碎, 所开发的数控操作零碎汲取行业下风, 具有操作方便、维护俭朴、牢靠高效等特点, 一同联合企业运用习气, 增设批量切割功效, 能大批量的陆续主动切割, 兼容性方面, 成本要素, 可配套行业内下风制图下料软件同步运用。目前市场上重要采取的处理方式为将开放式数控零碎使用于数控切割机操控, 其特点在于降低零碎成本, 并且应用优越的软件敏捷性, 使数控切割机的加工误差经由软件补偿的方式得以根本消弭。相干技巧目标方面, 其火焰切割挪动精度可到达0.01mm/步, 有用缓解了机床在沿轨道方向运转的误差。另外设备中零件的加工精度和拆卸精度不高发生的传动误差以及齿轮回程误差都对机床本身的传动精度有显著影响, 招致割炬运转速率很低 (有时低至0.1m/min以下) 一同使机床在沿轨道方向上有较大运转误差。除此之外, 所生产的ZLQ系列数控切割机, 从实践切割中总结经历, 资料板面光亮度无穷要求下对割炬增长主动调高安装, 以确保割嘴与钢板的高度处于最佳的形数控火焰切割机态, 从而失掉最佳的切割效果和最长的割嘴运用寿命。

3 数控火焰切割钢板零件的尺寸保证

在数控火焰切割钢板零件的过程中, 保证切割零件尺寸精度的关键是解决好热膨胀、选择合适的切割路径。通过分析、对比与讨论, 提出相应措施和选择原则.随着经济的飞速发展, 通过使用数控机床来提高生产效率和精度已屡见不鲜。尤其是在钢板下料中, 数控火焰切割设备的广泛运用, 极大地提高了生产效率和产品质量。特别是形状复杂的零件下料, 采用数控火焰切割设备, 可以达到事半功倍的效果。

3.1 数控火焰切割中出现的问题分析

从理论上讲, 一个零件的切割程序编好, 并且确定了割缝补偿, 那么设备运行切割时的轨迹就是一定的, 切割出的零件尺寸就不再会变化。但在实际切割过程中, 我们发现割出的零件还是存在一定的偏差, 特别是一些直接切割下料后不再进行加工的工件。如果解决不好尺寸偏差问题, 对产品的质量就会产生较大的影响。

通过多年的切割实践和总结, 分析得出以下两方面的影响因素:

(1) 热膨胀量的影响在实际切割过程中, 整张钢板上切割零件有先有后。刚切割时钢板的温度接近室温, 但零件切割的速度很快, 尤其当零件不是很大时, 一个零件切割完成时整块钢板还未来得及升温、热膨胀;或者虽然有局部的升温, 但热膨胀受到周围室温状态钢板的约束, 此时切割的零件尺寸比较精确。随着切割零件的增多, 热量的不断输入, 钢板温度不断升高, 热膨胀量也不断增大。如果不给割缝补偿k加上一个单侧热膨胀补偿量Δt , 那么再切割的零件冷却至室温测得的尺寸与第一个切割零件测得的尺寸就会有偏差, 且偏差会随着钢板热膨胀量的增大而增大, 直至趋于平衡 (即切割的热输入与钢板的散热达到一个基本平衡) 。这是由于钢板在不同温度下产生的热膨胀量不同, 导致了钢板的体积变化, 而对割缝补偿k不加以修正 (增加热膨胀补偿量Δt ) 则切割轨迹就不会变化, 那么切割的零件冷却后体积就会缩小, 尺寸当然就变小了。

(2) 切割路径选择的影响保证零件切割尺寸的另一个关键就是切割路径的选择。如果切割路径选择不好, 就不可能切割出高精度的零件。例如, 要在一张较大钢板上切割R200mm的圆法兰。方案一选择的切割路径为切割引入线→A→B→C→D→A, 方案二选择的切割路径为切割引入线→B→A→D→C→B。这两种方案在切割过程中R200mm的圆法兰与整张钢板的连接刚度随切割点的前进都在降低, 但方案一中的连接刚度在切割点到达D点时已降至很低, 从而无法保证D→A段切割的刚度, 故零件尺寸无法保证。方案二, 切割过程中的连接刚度在B→A→D→C段都比较高, 只有在接近B点时连接刚度才迅速降低, 但到达B点时零件的切割也随之完成, 故零件尺寸能够得到保证。

3.2 措施

(1) 对于长短径比相差不大的零件, 其各个方向的热膨胀量基本一致, 故只需给割缝补偿k加上一个单侧热膨胀补偿量Δt 即可 (具体数据可视零件大小、钢板厚度等, 通过计算、试验或凭操作经验来确定, 此处不论述) 。

(2) 对于长短径比相差较大的零件, 其各个方向的膨胀量也就相差很大, 故不能仅给割缝补偿k加一个单侧热膨胀补偿量Δt就可以保证切割零件的尺寸。而应给割缝补偿k加一个短径方向的单侧热膨胀补偿量Δt1, 同时长径方向的热膨胀补偿量与短径方向的热膨胀补偿量的总差值[即2× (Δt2-Δt1) ]应直接在切割程序上进行增加, 这样才能保证切割零件的尺寸精度。

(3) 如果操作工对钢板热膨胀量的控制不熟悉或没有足够的经验, 也可以采用物理降温的办法 (如循环冷却水、冷却液等) 对切割工件进行跟踪冷却和降温, 使切割钢板尽量处于接近室温的状态, 使钢板的热膨胀量得到控制, 从而使切割零件的尺寸得以保证。但只有当钢板的淬硬倾向不大, 或微量淬硬对产品质量是允许的情况下才能采用这种方法。

(4) 在切割过程中, 无论选择何种切割路径, 在零件切割接近完成点以前都必须使零件与钢板之间具有足够的连接刚度, 才能保证零件的切割尺寸和精度。

(5) 正确设置数控火焰切割机切割运行速度。在实际数控火焰切割的加工使用中, 考虑到火焰切割的加工板厚差异较大, 钢板的切割速度是与钢材在氧气中的燃烧速度相对应的, 但是很多企业无法准确把握不同材料及厚度情况下对数控火焰切割机的速度设置。

过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷, 严重的有可能造成切割速度会使切口上边缘熔化塌边、下边缘产生圆角、切割断面下半部分出现水冲状的深沟凹坑等等。在实际生产中, 应根据所用割嘴的性能参数、气体种类及纯度、钢板材质及厚度来调整切割速度。切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。如果想人为的调高切割速度来提高生产效率和用减速切割速度来最佳的改善断面质量, 那是办不到的, 只能使切割断面质量变差。

在正常的火焰切割过程中, 切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度, 其对应的偏移叫后拖量。速度过低时, 后有后托量, 工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。如提高割炬的运行速度, 火花束就会向相反的方面偏移, 当火花束与切割氧流平行时, 就认为该切割速度正常。速度过高时, 火花束明显后偏。通过观察熔渣从切口喷出的特点, 可调整到合适的切割速度。

参考文献

[1]陈金成, 周向东, 黄剑.基于工业PC机的数控火焰切割机数控系统开发[J].机床与液压, 1999, (5) .

[2]宋喜庆, 李满霞.新型数控火焰切割机智能系统[J].电工技术, 2003, (9) .

[3]李金伴, 马伟民.实用数控机床技术手册[M].北京:化学工业出版社, 2007, (10) .

零件尺寸检测 篇5

为了方便编程以及增加程序的通用性，在数控编程中，一般都不考虑加工刀具的实际几何形状，而是将刀具简化为一个基准点(一般是刀具底面的中心点)，并按技术图纸上的零件轮廓编写该中心点的运动轨迹(如图1所示)。但在实际加工中，由于刀具半径的存在，为避免过切(也就是若刀具按编程轨迹走刀，加工外轮廓时，加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈;加工内轮廓时，恰好相反)，机床必须根据不同的进给方向，使刀具中心沿编程轨迹偏移一定的补偿值，才能加工出合格的零件。这种根据输入补偿值及编程轨迹，数控系统自动计算刀具中心点实际运动轨迹的功能，称为刀具半径补偿功能，该功能是数控机床必备的重要基本功能之一。合理利用该项功能，通过设置大小不等的补偿值，只用一个程序，就可得到某一表面的不同外围尺寸，轻松地完成零件的粗、精加工。

一、引导公式

在实际加工中，对有较高精度要求的零件表面，我们都是由粗到精分几道加工工步(序)获得。对图2进行分析，不难得出如下的计算公式：刀具半径补偿值(以下简称刀补值)=刀具半径+加工余量。但最后一道工步(序)的精加工，还需考虑上几道工步由于刀具磨损、让刀等因素造成的尺寸误差以及图纸的加工要求。因此，上述公式可修正为：

刀补值=刀具半径+加工余量+修正值(精加工工步计算)

其中：修正值=误差补偿+公差补偿

在FANUC数控系统中，刀具半径补偿分为几何补偿和磨耗补偿。从思考问题的条理性及逻辑性出发，几何补偿值可视为对刀具的识别，其数值等于刀具半径;而磨耗补偿可视为对尺寸精度的控制，其数值的增减可用于控制加工余量，补偿因刀具的磨损、让刀等因素造成的加工误差以及保证图纸的尺寸公差要求。至于正负符号的确定，则遵守数控坐标轴的正负方向判定原则：一律假定刀具运动而工件相对静止，刀具远离工件的方向为正向。为了清晰便捷地计算刀补值，在输入刀补值时，可在数控机床的几何补偿处输入刀具半径，在磨耗处输入加工余量及修正值。

二、实例诠释

下面通过一个简单的实例分析公式的使用方法。如图3所示，使用直径为φ8mm的立铣刀完成40×40的凸台加工，试计算从粗加工至精加工每一工步的刀补值。

1.工艺分析:单边总余量= (60-40) /2=10mm, φ8立铣刀的切削宽度Ae≤d刀× (0.6～0.9) =4.8～7.2mm。粗加工结束后, 需留0.4mm的加工余量给半精加工和精加工。即粗加工应去除9.6mm的余量, 需分两刀完成。为避免刀具的振动, 粗加工第一刀的切削宽度可设大些, 定为6mm, 则第一刀的余量为4mm。第二刀粗加工的余量如上述为0.4mm, 半精加工的余量为0.2mm, 最后一道精加工的余量为0。各工步的加工余量如表所示。

2.刀补值的计算:根据计算公式:刀补值=刀具半径+加工余量+修正值 (精加工工步计算) , 得出刀补值如表1所示;粗加工至半精加工不需考虑修正值。现在我们具体分析最后一道精加工的修正值计算:

首先计算误差补偿值，半精加工后，需对工件进行测量，并根据测量值调整刀具位置(即调整刀补值)。假设测量值为40.30mm，(理想值应为40.20mm，因为留了0.2mm给精加工)，则误差补偿值为：40.30-40.20=0.10mm，单边补偿值则为0.05mm。因为实际值(测量值)大于理想值，所以下一道工步刀具应靠近工件，即刀补值符号为正，数值等于0.05mm。

其次计算公差补偿, 零件的尺寸要求为, 则中间公差= (es+ei) /2= (0-0.039) =-0.02mm, 单边补偿值=-0.01mm。

由此, 精加工的刀补值=刀具半径+加工余量+修正值=4+0+ (-0.05-0.01) =4-0.05

三、使用刀具半径补偿功能的注意事项

前面阐述了如何利用公式灵活应用刀具半径补偿功能，然而在实际加工中，要用好刀补功能，还必须注意以下几个事项：

1.半径补偿模式的建立与取消需结合G00和G01移动指令使用;

2.避免过切现象:建立好刀补, 才能切入工件;离开工件后, 才能撤消刀补。在刀补模式下, 一般不允许存在两段以上的非补偿平面内的移动指令;

3.防止补偿错误报警:较为常见的错误为“大刀补, 小凹弧”。也就是数控系统不认可“杀鸡用牛刀”的工作方式。我们输入的刀补值有多大, 数控系统就认为所使用的刀具有多大。刀补值应小于使用刀补程序段内轮廓的最小曲率半径, 否则机床报警。

结束语

上述刀补值的计算公式是以FANUC系统为实例进行分析计算, 但其同样适用于其他类型的数控系统。该公式全面考虑了从粗加工到精加工影响刀补值的各项实际因素, 思路清晰, 计算简便, 可最大限度地避免由于大脑疲劳或思路混乱造成的人为失误, 极大地提高了操作人员的工作效率。

摘要：在数控加工过程中, 正确合理地使用刀具半径补偿功能是保证零件尺寸精度的重要手段之一, 目前绝大部分数控机床均具备该项功能。本文就该项补偿值的设定提出建设性的通用计算公式, 并通过具体实例, 诠释该公式的使用方法及使用刀补功能时的注意事项。

关键词：刀具半径补偿功能,计算公式,刀补值的符号,注意事项

参考文献

[1]王荣兴.加工中心培训教程.机械工业出版社出版[J].2006.

零件尺寸检测 篇6

关键词：误差分析,尺寸公差,自动编程,控制阶段

尺寸精度是实际尺寸变化所达到的标准公差的等级范围, 它受到零件加工误差的直接影响。而零件加工误差的原因主要来自机床定位精度误差、机床主轴径向跳动及轴向窜动误差、夹具系统误差、工艺系统热变形误差、切削应力误差、刀具系统误差、NC代码坐标点精度等影响。

排除上述客观存在的加工误差影响, 在UGNX工作工程中根据具体情况, 可以采用以下方法控制尺寸精度。

1 在 CAD 阶段中控制零件模型尺寸精度

1.1 使用草图特征的尺寸约束功能控制零件的尺寸精度

UGNX的草图是一种参数化特征, 通过使用草图绘制的截面可以快速的创建实体或者曲面, 更重要的是根据草图截面创建的实体或曲面的参数与草图保持一致, 只要草图的参数发生变动, 实体或曲面的参数会随之变动。根据这种特点, 设计者可以在设计最初阶段使用草图尺寸约束功能将零件截面的尺寸设计为零件公差尺寸的中间值, 再通过拉伸生成零件实体, 来达到对零件尺寸精度控制的要求。

1.2 使用同步建模功能修改模型尺寸控制零件的尺寸精度

同步建模技术实时检查产品模型当前的几何条件, 并将这些几何条件与设计人员添加新的参数与几何约束合并在一起, 构建新的几何模型并编辑模型, 而无需历史记录。基于这种特点, 同步建模的对象模型特别适用于从其他软件中导入非关联的以及无特征的模型。

1.3 小结

草图是定义在平面上的参数化曲线, 通过它拉伸或旋转的实体的尺寸由草图参数直接控制, 如果零件形状简单或者公差单一, 可以将草图直接尺寸约束为公差中间值尺寸;如果零件形状复杂, 如在建模时需要多个平面的草图才能完成或零件尺寸公差不规则时, 则使用同步建模功能更为便捷, 设计人员只需要修改满足尺寸公差中间值的表面尺寸, 即可满足模型尺寸精度的要求。

2 在 CAM 阶段中通过输出的刀路控制零件模型尺寸精度

2.1 通过 mill_planar 精加工设置负余量

以图一为例, 为了满足尺寸50-0.20的公差中间值的要求, 笔者将加工余量设置为 -0.05。这样刀具单边轮廓过切0.05mm, 双边加工过切了0.1mm, 这样就将50-0.20的公差控制到49.9这个中间值, 满足了零件加工的尺寸精度要求。

2.2 通过骗刀法控制零件尺寸精度

这种方法仅对平面零件的侧壁有效, 对底面、斜面、曲面无效。其核心内容是创建多把精加工刀具, 并将零件的尺寸公差体现在刀具上, 需要时直接调用刀具生成刀路。需要注意的是, 在软件当中生成的刀路都是与零件轮廓相切的方式显示, 而在实际加工中, 笔者所使用的仅仅是带入尺寸公差刀具所生成的刀路, 使用的刀具仍然是D10刀具。使用假的刀具去获得自己想要的刀路, 这就是骗刀法的核心思路。

2.3 小结

本质上使用负余量和骗刀法都是控制刀路轨迹的方法。其中负余量法除了可以控制轮廓精度, 还可以控制水面尺寸精度, 通过mill_planar的编辑边界命令还可以对图1中尺寸公差不规则的零件进行每条边界的余量设置来控制尺寸精度;骗刀法除了用在平面类零件上, 在曲面零件上也经常用到, 它作为一种典型的自动编程思路, 灵活性远远超过了负余量设置法。

3 在 NC 代码输出阶段添加 G41/G42 指令控制零件模型尺寸精度

在通常情况下, UGNX后处理操作将可见刀路转换成NC代码时, 已经进行了刀具半径补偿, 所以代码中没有G41/G42指令。

如果直接将这样的程序输入到数控机床中加工, 显然无法保证零件的尺寸精度, 因为NC代码中的坐标位置都是按照零件基本尺寸进行的自动编程。通过“非切削移动参数—更多—添加精加工刀路”参数可以使后处理将G41/G42刀具半径补偿代码添加到程序当中。这样做的意义在在于数控机床加工时操作员可以综合考虑工件的公差与刀具的实际情况, 对半径补偿D代码的值进行修改。这种控制尺寸精度的方式可以使编程员与操作工的编程工作相分离, 互不干扰, 并减轻编程员的工作强度。

4 总结

终上所述, 在使用UGNX控制零件尺寸精度的方法种类繁多, 在使用时切忌生搬硬套, 而应该根据零件复杂程度, 加工数控编程员与操作员是否分离等具体情况, 再选择合理的方式进行操作。

参考文献

[1]高国利, 张森.基于UG的数控编程关键技术研究[J].模具工业, 2011.

[2]于辉刚, 张旭堂.基于UG的的缸体类零件数控铣削编程与仿真[J].机械工程师, 2011.

零件尺寸检测 篇7

目前我国正处在经济蓬勃发展的时期, 中国已经成为世界制造大国, 正面临着严峻的挑战。我们只有不断加强自主创新, 不断改进和采取新的管理方法和技术, 才能从根本上提高企业质量管理水平。现在六西格玛已经从一种过程改进的方法演变成为一种提升企业竞争力和实现组织变革的战略举措。在产品制造业, 六西格玛通常应用于产品的品质管理上, 但也可以广泛应用于各个方面。例如六西格玛设计在帮助提高产品质量和可靠性的同时, 也是降低成本和缩短研发周期的有效方法, 具有很高的实用价值。

2 六西格玛概述

所谓西格玛, 最初的含义是建立在统计学中最常见的正态分布基础上的。σ (即西格玛) 是一个希腊字母, 在统计学中代表“标准差”。由于σ是衡量任意一组数据离散程度的指标, 可以被当做一种评估产品和生产过程特性波动大小的统计量。在质量管理理论中, 就由标准差的值导出了“西格玛水平”的概念, 用以衡量过程绩效的优劣。在六西格玛理论中, σ越小, 则“西格玛水平”越高, 表示过程满足顾客要求的能力就越强;σ越大, 则“西格玛水平”越低, 过程满足顾客要求的能力就越低。

所以, 如表1在质量统计与控制方面, 达到3σ水平就意味着在一次检验中, 产品合格率为99.7%, 或者说不良率为0.3%, 即1万件产品中有30件不合格。达到六西格玛水平, 产品不良率为0.0000002%, 即每一亿件产品中有0.2件不合格, 不合格品几乎为零。六西格玛方法的导入, 使其产品不合格率大幅下降。

下面将通过一个设计事例说明在产品的结构设计中, 采用六西格玛的设计方法, 对产品尺寸公差进行优化设计, 提高产品的商品性。

3 产品尺寸公差的优化设计

公差设计分两种:一次方求和法和平方求和法。二者在计算时的区别是: (1) 一次方求和仅将各尺寸公差的数字部分相加。 (2) 平方求和是将各尺寸公差的数字部分平方后相加、取其平方根的1.5倍。

一次方求和是比平方求和法更严格的验证方法。如果一次方求和结果OK、那么只要使用图纸公差OK的零件进行组装便不会发生问题。为了使一次方求和法结果OK、根据情况有时会使零件成本上升或产品大型化而导致商品性的降低, 达不到顾客满意。所以, 考虑到公差和工程能力的平衡、务必确保经济的设计品质。由统计的概率论计算实际可能引起的最差尺寸的方法就是:

通过此方法设计出的不良发生概率为0.00068%, 也就是7ppm, 每百万件产品中有7件不合格。

如图2和图3在汽车音响的内机设计中, 机芯通过与支架固定, 然后再一起固定在内机中。通常采用定位孔的方式把二者固定起来。在定位孔的设计时, 采用平方求和法利用下面的公差计算工具, 对定位孔的尺寸进行设计。

4 通过cpk对零件尺寸进行管控

对定位孔的设计尺寸可以通过工程能力 (cpk) 进行管理, 即在该批次的零件中对一定数量的定位孔孔径进行测量, 计算cpk。监控该匹次零件的cpk是否满足设计初期的预想值。当cpk不满足时, 及时分析原因, 解决问题点。

(1) 工程能力指数:Cp

(2) 考虑到中心值偏移的工程能力指数:Cpk

关于工程能力指数的管理标准, 新产品Cpk≧1.67, 成熟产品Cpk≧1.33。

5 结语

综上所述, 利用六西格玛的思想, 把西格玛和不良率结合起来进行产品的尺寸公差设计。然后对零件供应商进行零件尺寸的工程能力指数 (cpk) 管理, 当某个批次的Cpk不合格时, 我们就能及时发现, 及时分析原因, 解决问题点, 把潜在的不良品拦截在生产加工之前。大幅降低了由于不良品返修带来的成本增加, 为企业赢得了效益。