缸體精鏜曲軸孔測量程序的優(yōu)化及應(yīng)用

工件精加工尺寸的測量及監(jiān)控是切削加工中最基本的命題之一。尺寸監(jiān)控程序的編程和應(yīng)用，可以幫助提供工件加工質(zhì)量的監(jiān)控，提高產(chǎn)品質(zhì)量及加工效益。在金屬切削加工中，刀具磨損、切削液濃度、設(shè)備故障以及人員操作的失誤都會對產(chǎn)品的加工尺寸產(chǎn)生影響，而如何更為有效且迅速地發(fā)現(xiàn)可能存在的潛在失效模式——產(chǎn)品尺寸的不合格，及時有效地反饋及響應(yīng)，則需要設(shè)備本身對加工產(chǎn)品尺寸進(jìn)行測量及監(jiān)控。在數(shù)控加工中心上對工件曲軸孔內(nèi)部孔徑進(jìn)行精加工時，會因精鏜刀的磨損、切削液的濃度、設(shè)備的故障以及人員的操作失誤等造成曲軸孔精度超差。

在線測量監(jiān)控是自動化生產(chǎn)中極其重要的組成部分。在曲軸孔的實(shí)際加工中，雖然可以通過調(diào)整刀具半徑、增加鏜刀柄剛度、加工進(jìn)給量以及使用Marposs測頭監(jiān)控測量等方法來解決以上的精度問題，但是，也一定還存在因某種因素而產(chǎn)生的尺寸加工誤差甚至質(zhì)量問題。在數(shù)控機(jī)床中，多數(shù)使用精密測量儀器對其加工尺寸進(jìn)行自動測量及補(bǔ)償，而實(shí)際的尺寸測量程序也已具備對其監(jiān)控的依據(jù)。那么，進(jìn)一步優(yōu)化監(jiān)控程序，從而更為有效地發(fā)現(xiàn)加工質(zhì)量問題，對于現(xiàn)場控制工件質(zhì)量及問題的解決都具有極其重要的意義。

本文基于我公司所使用的Marposs測頭與FANUC操作系統(tǒng)的原有程序，對其曲軸孔的測量及監(jiān)控程序展開研究分析，通過編寫軟件程序來監(jiān)控精加工曲軸孔中心Y向整體突然偏移過大的情況。

曲軸孔工藝及其在線測量分析

1.精鏜曲軸孔工藝

曲軸孔是發(fā)動機(jī)缸體上的關(guān)鍵部位，設(shè)計之初就對其精度提出了較高的要求。曲軸孔位置度作為缸體工藝PQC尺寸，更是生產(chǎn)及加工質(zhì)量關(guān)注的重點(diǎn)，嚴(yán)格按要求控制曲軸孔位置度能有效防止曲軸抱死、連桿過度磨損以及燃燒不充分等問題。實(shí)際位置度的監(jiān)控測量內(nèi)容是，將曲軸孔的中心相對于加工基準(zhǔn)A的距離控制在0.05?mm范圍內(nèi)(Y方向)，相對于B基準(zhǔn)的距離控制在0.05?mm范圍內(nèi)(X方向)，如圖1所示。對于曲軸孔工藝尺寸的在線監(jiān)控，則需要在線測量系統(tǒng)對其進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控來完成。

2.在線測量系統(tǒng)

生產(chǎn)線采用德國進(jìn)口全自動臥式數(shù)控加工中心(CNC)加工缸體，對于精鏜曲軸孔后的工藝尺寸及加工質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)是使用Marposs測頭探針對曲軸孔進(jìn)行實(shí)時測量和監(jiān)控。其工作步驟為：首先，精鏜刀加工曲軸孔;然后Marposs測頭在線通過探針T25探測曲軸孔加工表面，并將測量位置所得數(shù)據(jù)反饋給數(shù)控系統(tǒng);系統(tǒng)自動計算并給出坐標(biāo)，通過程序?qū)Ξ?dāng)前曲軸孔加工進(jìn)行判定，得出預(yù)期效果。典型的測量系統(tǒng)構(gòu)架如圖2、圖3所示。

由于測量程序多數(shù)使用宏變量編寫，且Marposs測頭調(diào)用及部分測量程序?yàn)樽映绦颍绦蛑鹨唤馕鲚^為復(fù)雜，所以這里主要對測頭測量及監(jiān)控工件尺寸的程序進(jìn)行分析和研究。

3.Marposs測量程序的解析

缸體精加工曲軸孔測頭探針測量工件的過程如下：

(1)在曲軸孔#901測量兩個點(diǎn)，計算出該曲軸孔的中心點(diǎn)G的坐標(biāo)(G點(diǎn)到Z軸零點(diǎn)的距離)，第一個測量點(diǎn)記錄為變量#1，第二個測量點(diǎn)記錄為變量#2，那么中心點(diǎn)#3(G)=(#1+#2)/2。

(2)在曲軸孔#905測量兩個點(diǎn)，計算出該曲軸孔的中心點(diǎn)H的坐標(biāo)(H點(diǎn)到Z軸零點(diǎn)的距離)，第一個測量點(diǎn)記錄為變量#4，第二個測量點(diǎn)記錄為變量#5，同理，其中心點(diǎn)變量#6(H)=(#4+#5)/2。G-H的連線即為曲軸孔中心線。Marposs測頭在線測量曲軸孔位置如圖4所示，其測量程序如圖5、圖6所示。

G-H的連線#3+#6/2則為曲軸孔連線中點(diǎn)坐標(biāo)，即變量#7。因工件精加工所使用的定位基準(zhǔn)為缸體油底殼面及其上兩個定位銷孔，所以程序判定時需轉(zhuǎn)化，即#7減去曲軸孔中心線到工件底面的距離(工藝尺寸50?mm)，相當(dāng)于將G-H移到了工件底面(缸體油底殼面)，即G56坐標(biāo)系下工件油底殼面到Z軸零點(diǎn)的距離，即變量#8。因Marposs在線測量工作環(huán)境較為惡劣以及設(shè)備自身存在的影響因素，在實(shí)際的控制中會給予#8一個補(bǔ)償值“#545”，即批量工件三坐標(biāo)(CMM)測量的曲軸孔數(shù)值與Marposs測量數(shù)值的差值，就可實(shí)現(xiàn)對曲軸孔加工Y向整體偏移的補(bǔ)償。Marposs在線測量原有程序如圖7所示。

Marposs測頭在線測量程序依據(jù)以上所得變量，以及FANUC程度語言“F…… THEN”編寫判定程序段，通過變量值#3～#6實(shí)現(xiàn)對缸體曲軸孔#901～#905的Y方向是否存在分層的監(jiān)控，也便于工件定位面與精鏜刀的位置依據(jù)此值進(jìn)行調(diào)整;也可以通過當(dāng)前件工件的測量變量值#8和上一件工件的測量變量值#9的差值，即#8-#9=#10來實(shí)現(xiàn)對前后測量數(shù)據(jù)差異的對比，具體程序如圖8所示。

曲軸孔Y向整體偏移監(jiān)控程序的編寫及應(yīng)用

依據(jù)現(xiàn)有在線測量程序，如何實(shí)現(xiàn)對曲軸孔Y向整體補(bǔ)償?shù)耐瑫r，實(shí)現(xiàn)對曲軸孔Y向“G-H”的監(jiān)控，則需要我們進(jìn)一步的研究和優(yōu)化現(xiàn)有的Marposs測量程序。就理論上而言，僅需要程序?qū)arposs在線測量“G-H”的實(shí)際變量值#7與曲軸孔工藝尺寸“G-H”理論值的差值進(jìn)行監(jiān)控，即可實(shí)現(xiàn)曲軸孔Y向整體偏移的監(jiān)控。因精加工所使用的定位基準(zhǔn)為缸體油底殼面及其上兩個定位銷孔，所以將#7轉(zhuǎn)化成變量值#8，以及理論上工件在G56坐標(biāo)系下油底殼面到Z軸零點(diǎn)的距離為#5263。從判定條件上而言，只要#5263-#8即可得出曲軸孔整體偏移的量，繼而設(shè)定偏移量值X(報警值自定義)，程序段編寫如圖9所示。即#5263-#8的絕對值大于X值時，機(jī)床就報警，這個報警是間接監(jiān)控曲軸孔中心線位置而設(shè)的。

對于已完成的Marposs測量程序，需使用工件做最終的驗(yàn)證，以保證程序編寫的有效性。具體驗(yàn)證方式如下：挑取一件三坐標(biāo)測量曲軸孔非常接近Y向理論中值(50?mm)的工件，并將該工件作為參考件;選取馬波斯測量程序測量該參考件的曲軸孔，記錄#513宏變量值(G56 坐標(biāo)系下油底殼面到Z軸零點(diǎn)的實(shí)際距離);以修改G56坐標(biāo)系下的#3宏變量值(#3為G56坐標(biāo)系下Z軸的補(bǔ)償值，不是Marposs測針測量曲軸孔位置的值);以修改#5263宏變量值(G56坐標(biāo)系下工件油底殼面到Z軸零點(diǎn)的距離);選取一件三坐標(biāo)測量曲軸孔Y向超差不小X數(shù)值(程序中偏移值設(shè)定的報警值)的工件作為“NOK”參考件，并用馬波斯測量程序測量，超差工件報警，程序修改驗(yàn)證完成。

結(jié)語

本文僅基于我公司所使用的Marposs測頭與FANUC操作系統(tǒng)的原有程序，對缸體曲軸孔的測量及監(jiān)控程序進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，進(jìn)而編寫曲軸孔整體偏移的檢查程序，彌補(bǔ)了Marposs測量程序監(jiān)控的不足，達(dá)到一種較為理想的效果，可行性高、實(shí)施成本低且效果顯著。

針對關(guān)鍵特征發(fā)動機(jī)缸體曲軸孔Y向整體偏移的問題，本文通過對Marposs側(cè)頭測量程序的研究、分析及進(jìn)一步優(yōu)化，提供了有效的解決思路和方法。但對于加工設(shè)備的自身能力、刀具狀態(tài)、加工環(huán)境、測量系統(tǒng)以及切削液濃度等不可忽略的影響因素，并未展開系統(tǒng)詳盡地闡述。