硕士论文——面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究

河北工业大学工程硕士学位论文分类号：密级：U D C：编号：学位论文面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究学校导师姓名： 企业导师姓名： 申请学位级别：工程硕士学科、专业名称： 机械制造及自动化论文提交日期： 论文答辩日期:学位授予单位：河北工业大学答辩委员会主席：评阅人：20XX年X 月1面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究第一章 概述1-1 数控技术的现状和发展趋势制造业是一个国家综合国力的基础，是将可用资源与能源通过制造过程转化为可供人们使用或日常1消费品的行业，是国民经济和综合国力的支柱产业。而制造技术是发展制造业的关键技术，是世界各国经济的主要竞争方面之一，体现在制造技术的竞争，高科技的制造技术已发展成为当今国际间科技2竞争的重点。制造技术是人类生存和发展的基础及社会物质财富的主要来源。制造技术的发展总是以新的技术和体系代替旧的技术和体系，但这种交替往往受到各个历史时期的科学技术水平、材料工程、3经济条件及社会政治原因等的制约，制造技术水平的高低标志着科学技术进步的潜在能力。随着工业和科学技术的发展，现代制造业已发展成为计算机技术、数控技术、控制论、系统工程与制造技术相结合而生成的制造系统。先进制造技术是制造业不断地吸收机械、电子、计算机、信息、材料、能源、4自动化及现代管理方面的成果，并将其综合应用于制造的全过程。随着信息技术、计算机技术、自动化技术在制造业中的广泛应用，现代制造业正在发生着广泛而深刻的变化，其发展趋势可归纳为两方面：一是以提高效率为主的自动化，即通过计算机参与整个制造过程的信息处理与控制，提高自动化程度，提高生产率，缩短产品的制造周期；二是以提高精度为主的精5密化，通过现代测控手段实现超精密加工及检测。而作为一大趋势之一的代表现代数控技术是现代化工业生产中发展十分迅速的高技术，它集中体现了机械制造技术，自动控制技术，计算机技术，成组技术，现代控制技术，传感检测技术，硬件技术，信息处理技术，网络通讯技术，液压气动技术，光机电技术等多种学科技术的最新成果，是现代制造技术的基础，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，使世界制造业的格局发生了根本性的变化，在提高生产率，降低成本，保证加工质量及改善劳动条件等诸多方面均体现出其优越性。特别是在适应市场激烈竞争，诸多产品的迅速更新换代，小批量和多品种生产等方面，采用各类数控设备、加工中心、6柔性制造单元、柔性制造系统乃至计算机集成制造系统是必然的趋势。数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段，它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计；数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的 CAD/CAM、FMS、CIMS 等，都是建立在数控技术之上。数控技术是国际商业贸易的重要构成，发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的7重要出口产品，世界贸易额正在逐年增加。因此，数控技术是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家机械制造工业现代化程度的核心标志。实现加工机床及生产过程数控化，是当今制造业的8发展方向。专家们曾预言：机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。2河北工业大学工程硕士学位论文有鉴于此，发达国家把提高数控技术水平作为提高制造业水平的重要手段，竞相发展本国的数控产业。日本由于数控技术高度发展，使其制造业迅速崛起，美国要挽回其失去的地位，欧洲要适应市场竞争的需求，从而以数控技术为主要标志的现代制造技术成了美国、日本和欧洲等工业国家竞争焦点之一。9日本、美国、意大利、西班牙、印度等国，都采用了一些扶植本国数控产业发展的政策措施。中国政府正积极采取各种有效措施大力发展中国的数控产业，把发展数控技术作为振兴机械工业的重中之重。数控技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果对机械制造业的产业结构、产品结构、专业化分工方式、机械加工方式及管理模式、社会的生产分工、企业的运行机制等正带来深刻的变化，对国民经济的发展起着重要的促进作用。故而，发展数控机床是当前我国机械制造业改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。随着数控机床功能的不断扩大及数控系统性能的不断提高，数控机床在航空、航天、造船、汽车、模具等各个机10械制造领域得到了普遍应用，并且越来越普及，成为我国机械制造工业现代化进程的重要标志。1-2 国内外纺机研究的现状以及发展的问题纵观人类历史的发展史，作为满足人类衣着的主要生产工具织机，同各种产业一样，由简单到复杂，由手工到自动，由低速到高速不断地发展；由简单的木机到半自动的铁木机、铁机；由有梭织机发展成当今占主导地位的各类无梭织机；作为织机运动中不可或缺的五大机构之一的开口机构，同样适应了织机发展进步的步伐，由有梭开口装置发展成各种无梭开口装置。11从我国织造业的发展情况来看，多臂装置的发展大致可分为如下三个阶段：第一阶段 二十世纪以前，因为我国长期处于封建社会，织机基本上是以手工操作的木机为主，作为开口运动亦同样用脚踏控制综框来完成。第二阶段 随着中国沦为半殖民半封建社会，国外资本主义的侵入，带来了民族工业的起步和发展，直到解放后的五十年代，全自动铁机的定型多臂装置已形系列，一直延用到七十年代，即 1511 和 1515 系列多臂装置用于棉织行业，TK231、TK232 多臂装置用于丝织行业。用于不同门幅的全自动织机，其速度在 110160rpm，开口形式为复杂消极式全开梭口。第三阶段 为无梭织机用高速多臂：进入八十年代以来，随着改革开放和纺织行业装备的不断升级换代，国际上先进的新一代无梭织机大量引进，如 SM93、GTM、FAST、P7100、LW54、ZW300、ZA203等，国内纺织行业也在中央产业政策的指导下，相继开发国产化剑杆、片梭、喷水、喷气等织机，如：GA731、GA733、GA726、新龙、南方 P7100W、GD767、JW981、GA706、GA708 等剑杆、片梭、喷水、喷气等织机。与这相配套的高速多臂最代表的典型是：瑞士史陶比尔（STAUBL）公司的 2212、2232 型多臂装置和 2660 型电子多臂；日本山田公司的 GA50 型多臂装置。常熟纺织机械厂在消化吸收国外产品的基础上，设计开发了 GT412-12、GT412、GT405、ASGT418 型多臂装置，其核心部件采用了高精度的共轭凸轮机构，满足了中高档剑杆织机、喷水织机的需要，转速达 360600 rpm。因为我国是纺织大国，至八十年代末已拥有各类织机 100 万台，90%以上的是 1511、1515 系列有梭织机，所以3面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究进一步跨越更新成中高档织机受到投资因素及国情的限制，致此上海中纺机在原纺工部的指导下成功开发了 GA747 系列普及型剑杆织机，按现有的发展趋势，市场占有及更新速度为各种无梭织机之首。常熟纺织机械厂设计开发的 GT221 型多臂装置就是与之配套最理想型多臂开口装置，速度为 200220rpm。按二二年上半年的不完全统计，74 系列织机及 ASGT221 多臂已达月产 10000 台。上世纪九十年代末，特别是进入廿一世纪以来，随着电子技术和精密铸造技术的日益成功，机电子一体化不断普及，发达国家生产的无梭织机档次越来越高，技术越来越接近，伺服技术、电子卷取、电子送经、电子送纬已全面覆盖织机领域，与之配套的开口机构也同步发展。继瑞士史陶比尔（STAUBL）公司终止生产机械多臂之后，日本山田公司、村田公司也相继停产机械式多臂，代之的产品为电子式多臂，可以这么归纳，当今多臂装置发展的潮流为：A 旋转式替代往复式；B 积极式替代消极式；C 电子式替代机械式；D 通用化替代个性化。现详细阐述如下：1）为完成开口运动，综框有规律的上下运动的动力输出，传统的多臂装置采用了曲柄连杆带动拉钩往复运动输出动作，随着精密共轭凸轮技术的成熟，逐步替代了曲柄连杆机构，但因车速的不断提高，往复机构正反加速度的变化的局限性，此类多臂装置仅能适应 450rpm 以下的车速，随着科技的进步，旋转式机构的推出，克服了运动机构正反加速度高频次的变换，适应了高速化的要求，最典型的机构为史陶比尔（STAUBL）公司的 2660 和 2800 系列，特别是后者，最高转速可达 850rpm。2）随着织机的高速化，消极式多臂装置的利用回综弹簧来复位综框的弱点也开始显露出来，高频次的、长期的交变拉伸弹簧的障碍无法突破。而精密高速牵伸连杆的技术突破，为积极式多臂装置替代消极式多臂打开了瓶颈。史陶比尔（STAUBL）公司的 2821 上置积极式高速多臂就成功地配置在喷水织机上。致此，2001 年该公司在新加坡国际纺机展上就宣称不再生产 2500 系列的消极式多臂装置。3）随着电子技术的不断完善，高频次吸放的电磁铁和吸片的制造技术的日趋成熟，克服了热效应所带来的信号切换正确无误的高碳性，电子多臂替代机械多臂已不可逆转，其最大的优点在于省去了传统机械式多臂装置的信号阅读机构，更重要的是智能化技术省去了打孔纹纸，从而来适应个性化、多样化、小批量面料生产的品种变换。例如史陶比尔（STAUBL）公司的 2600 系列和 2800 系列；意大利飞马公司的 RD820 系列和 RD3000 系列；日本村田公司的 MX-10E；山田公司的 Lex-5 等等。4）因为面料纤维的差异，门幅的宽窄，要求有不同型式的无梭织机来满足织造工艺的需要，所以需装备剑杆、喷气、喷水、片梭等不同类型的无梭织机来满足引纬、开口的大小，从而与之配套的多臂装置也需与织机同步。传统的各类多臂在与综框连接牵伸部分，各自设计了不同的专用机构装置，给多臂制造厂商制造零件储备以及管理等带来了诸多不便。随着成组、系列化技术的发展，最新型的高速多臂通用型牵伸机构综框连动装置将逐步替代原有的专用机构，给多臂装置的制造带来了新的产业化革命，同时也方便了大型集团化纺织企业拥有不同的织机、多臂、综框连动装置零件的互换性。5）适用于大批量白坯织物或牛仔布生产的喷气、剑杆织机，大量应用的是踏盘开口机构，由于其4河北工业大学工程硕士学位论文构造简单，并配置了高精度的共轭凸轮，它适用于高速织造，所以在无梭织机中占有一定的数量，特别在喷气织机上应用最广，但因其翻改品种需拆专用共轭凸轮（不同品种的平纹、斜纹、锻纹等），需要库存备件，有一定的局限性。当今技术成熟的是瑞士史陶比尔（STAUBL）公司的 1600 系列凸轮箱及日本山田常熟纺织机械厂生产的 PC 系列凸轮箱，可以配置在各类织机上，其中史陶比尔（STAUBL）公司的凸轮箱刀片间距（也即配置的织机综框间距）已由原来的 14mm 改为 12mm，使之配置凸轮箱的织机在改装多臂装置时，综框可以不用改换。6）随着人民生活水平的不断提高，对织物个性化的要求越来越迫切，因而需要品种各异的各类织物，对此，织机的开口装置只能配置提花机来实现。二十世纪八十年代以前的提花装置还停留在机械式的提花机，典型的有史陶比尔（STAUBL）公司的 CF420、BOBBIO 公司的 KROMA5 型。进入九十年代以来，电子提花机相继推出，简易操作的电脑控制替代了以前繁锁的打孔纹板，越来越显示了无比的优越性和良好的市场前景，典型的有瑞士史陶比尔（STAUBL）公司的 CX880、CX960；GROSSE 公司的 EJP-2；英国 BONAS 公司的 CSJ；常熟纺织机械厂的 GT511 型电子提花机。当今国际最新的发展方向为机载电子提花机装置，典型的为 GROSSE 公司的 UNISHED 提花装置，它直接安装在织机的横梁上，省去了大提花机的楼架。传动主轴、通丝等器材具有结构紧凑、操作方便、节省占地空间等优点。UNISHED 技术：进入织造创意性设计的新时代。UNISHED 积极式电子开口装置是无综丝（通丝）提花机，没有刀钩（簧片或竖针）、磁铁、带轮和下拉弹簧，是一种革命性的新原理，综丝能够高速地到达上、下开口位置，而积极的单独控制每根综丝的方式则可以满足花纹设计的灵活性。该装置直接装在织机墙板上，降低了天花板的高度，因为常规的提花机需要支架，这样可以降低建筑物高度和减少空调费用。QSC快速系统更换QSC 是指只需通过松紧与织机墙板相连的 4 只螺栓就可以实现提花机的简单更换。像多臂装置那样，所有准备工作都能在织造车间的外部完成。在实际运用中，还会发现这项新技术更多的优点。7）就织机开口装置而言，现阶段最新的创新思路为日本本田公司的独立单位综框驱动装置即每一片综框由单独微型伺服电机驱动，并由一台控制箱按织物织造工艺要求输入编辑程序，从而控制花纹的织造，其型号为 E-shed。综上所述，我国的纺机和纺器工业经过半个多世纪的发展，特别是改革开放以来的 20 多年的发展，产品技术水平、规格品种、质量性能、配套能力、生产规模都有了长足的进步，一部分产品已接近国际先进水平。但是从总体上分析，我们还有不少的差距，如“三化三性”，即自动化、连续化、智能化和稳定性、可靠性、工艺适应性方面与国际先进水平相比，还有一定的差距，器材也存在一致性、稳定性、耐用性的差距。5面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究随着时代的发展，科技的进步，人类生活对衣着面料及产业面料的需求在向高档次迈进，织机也在不断推向高速化、自动化。作为织机五大运动的执行机构之一的开口装置因此也迫切需要更新换代，向12智能化、高速化同步发展。在未来的市场竞争格局中，谁掌握了高科技，谁就拥有了市场主动权。1-3 纺机现有零件的现状和存在的问题国内外纺织机械加工的现状研究从纺织主机发展的历史来看，纺织机械经历了由手工机械到纯机械式纺机，再到电气化、高速化的纺机发展的过程。剑杆、片梭、喷气、喷水织机的出现，使纺机向更高的速度发展。这样就需要对纺机的各种零部件加以分析研究，使之能适应现代织机的高速度、高强度的要求，同时，对与之配套的开口装置也提出了相应的更高的要求。对于纺织主机，国际上的著名的公司如意大利的舒美特（SOMAT）公司、范美特（VAMATEX）公司、瑞士的苏尔寿鲁蒂公司、比利时的毕嘉诺公司等等，它们对纺织主机的研究几乎到了完美的境界，由于是自主研究的主打产品，它们都有着各自的延续性，同时，彼此都建立了庞大的信息体系，用于应付众多用户的各种各样层出不穷的苛刻要求，并尽可能快地设计、实施、制造出能够满足用户需要的产品来。比如，对于高强度的主机机架来说，当今大型企业都采用的是全钢型的机架，用来替代传统的铸铁件，来满足用户提出的轻型高强度的要求。当然，也有的纺机企业还不能达到如此的境界，它们只能在原有的基础上加以改进，以适应众多小型企业的需求，还远远不能满足国际化的要求。而对于开口装置的龙头企业瑞士的史陶比尔（STAUBL）公司来说，它更有一整套的完善的服务网络分布于全世界，既快又好地满足用户的特殊要求，在全世界享有极大的声誉。而在国内的几家主要的纺织主机厂，从自身的利益出发，生产不同型号的织机，质量、性能也千差万别，存在着这样，那样的问题。对于早期的机械式纺机来讲，与之配套的多臂装置的结构相对比较复杂，而且都为往复式多臂，零部件繁多，运动传递路线曲折，总体性能不是很好，只能配置于中低档的有梭织机和低速简易的剑杆织机上。由于零部件众多，而且有许多形状复杂零件，它们的误差积累相对较大，往往最后到装配时才暴露出来，影响整机的性能。对于后来发展的高速剑杆织机，与之配套的多臂有旋转式电子多臂和一些高性能的消极式多臂装置。由于电气控制的介入，机械装置与电气执行机构的相对配合尺寸不能很好地、稳定地吻合，使得整机的性能不能很好地发挥出来，目前我国的电子多臂生产仍处于探索试产阶段。随着人们对织物的要求的普遍提高，对织机的性能提出更高的要求，于是出现了电子式的提花机。由于提花机的工作原理，要求每根经丝都要被提花机的提综机构所控制，这样的控制方式就更加复杂，工艺性差，也处于试生产阶段。6河北工业大学工程硕士学位论文1-4 在线检测技术的现状和发展数控机床作为高技术产物和 CIMS 的基础设备，应用范围越来越广。为充分发挥数控机床的作用，必须减少设备的停机时间，提高设备利用率。每当一批零件要加工时，需要大量的检测工作，包括加工前检测（找正、确定工件坐标系和获取工件基本几何特征信息等）、工序间检测（及时调整加工基准）和加工完后工件关键尺寸的检测等。传统的检测手段主要包括手工检测和离线检测，其检测效率低，检测精度差，耗时长，占用人员较多，不仅影响了加工效率及机床的自动化程度，还导致了设备利用率和产品加工质量降低，并且检测设备耗资太大，这就大大影响了数控机床强大功能的正常发挥。在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提供了一套行之有效的方法67。在数控机床上安装触发式测头，这就在不改变数控设备原有软硬件系统的基础上，将工业三坐标测量机的主要功能移植到了数控加工设备上，实现了在线检测和反馈控制。采用在机测头除能提高检测工序的效率外，还能及高检测的客观性，避免主观误差。同时，检测工具的功能也发生了变化，因为在很多场合下它摒弃了其仅作为一种废品过滤器的功能，而转变为一种控制加工精度、防止废品产生及提高机加工自动化程度的手段8。数控机床目前广泛应用的是触发式测头，具有价格相对较低可靠性强自身精度高等特点。加工与检测在同一台设备上完成，避免了多次装夹重复定位精度差及辅助时间长等问题。更为重要的是，其检测过程由数控程序来控制，实现了检测的自动化，是一种基于计算机自动控制的在线检测技术。随着加工中心在生产中的广泛应用，在线检测技术将会成为一项很有发展前景的技术。本课题主要以加工中心为机体深入研究在线检测技术，力图填补目前数控制造单元零件加工的在线检测和反馈控制这一空白，推动数控技术跨越式发展。加工中心在线检测系统是集数控系统、测头系统、计算机系统及数据处理系统等为一体的高度机电一体化数字化信息控制系统，系统通过在加工中心上安装在机测头，完成包括序前基准位置测量、半成品尺寸监测以及序后检测等多种自动检测功能，并可实现加工中心工件坐标系自动调整、在线质量监控和误差补偿。加工中心在线检测系统不但可取代许多传统上由操作工人手工完成的工作，而且还可以做许多操作者不能胜任的工作，是实现柔性制造系统连续可靠工作的重要手段之一，是提高数控机床加工精度和效率的重要措施，甚至成为衡量数控机床水平的一个重要指标。因此，近年来相关技术的研究和系统开发倍受关注。1977 年，在汉诺威欧洲机床展览会上，展出了由英国 Renishaw 公司研制的世界上第一套“循环中测量系统”Renishaw 系统。此后，这项技术得到了迅速推广。到 1983 年巴黎机床展览会上则达到了 65 种10。因此，在评论 80 年代数控技术的特征时，一般都认为触发式测头测量系统是与数控系统取代穿孔纸带、采用先进数控技术来发展柔性制造系统和应用工业机器人等成就一样，起着促进数控技术发展的重要作用。 如今，加工中心检测技术已取得了一些成果。国外以英国 Renishaw 公司为代表，开发了多种类型的测头，并已在许多数控机床上应用；国内北京机床研究所、航天部 303 所等单位也相继研制出机床在机测头，其测量控制和数据处理都在数控宏程序中完成，已可以实现简单的点、线、面7面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究等基本形体几何参数的测量。随着人们对该项技术的深入研究及相关领域技术的进一步发展，加工中心在线检测技术逐步向着规范化、集成化、人性化、系统化、自动化方向发展11，其关键在于各种信息源的检测软件的编程和控制技术1213。1-5 提出本课题研究方向和内容1）技术落后由于国内的机械加工的现状决定了各个工厂企业的加工技术还比较落后，绝大多数仍停留在普通机床加工阶段，有的虽配备了数控设备，但仍未形成规模生产，这大大制约了国内的总体生产水平和国际13竞争力的提高。2）加工手段存在问题国内的大部分企业停留在普通机床加工的阶段，且仍采用传统的加工工艺来加工零件，这与集成化、规模化加工有所违背。同时，大部分拥有数控设备的厂家也仍用传统工艺手段来加工零件，仍处于单件、小批量生产，只是与普通加工设备在生产定制上有些明显的区别，处于“贵族”地位，而没有充分利用其先进技术来扩充壮大自己。但随着数控机床价格的降低功能的逐步增强以及企业面临的激烈竞争，数控机床正在向多件大批量生产转移，成为现代制造企业加工能力的主体，在这样的趋势下，如何更好地14利用数控机床，深入挖掘其生产潜力。是当今企业必须面对的一个问题。根据当前机械加工现状，我们得出以下结论：一，数控技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高，绝大多数零件，特别是关键件，均采用数控加工；二，加工前定位（如对刀），加工中定位（如工件坐标变换等）浪费了大量的时间、人力和物力，造成精度损失，给生产和测量带来了诸多不便；三，当前的检测方法都是利用其他检测设备（如三坐标测量机）进行检测，所采用的检测设备投资较大，由于我国大部份企业财力有限，因而难以具备高精度检测设备，这就给企业带来了许多不便。四，对零件的柔性、效率、精度的要求的提高，需要我们为加工提供更好的技术。针对上述情况，从本厂的生产实际出发，认为提高数控机床的专用化程度是提高其利用率的有效手段，提出了关于自寻位编程技术的研究这一课题，以期对数控技术的进一步提高有所作为，也为本厂的15加工手段的提高提供一条可行之路。8河北工业大学工程硕士学位论文第二章 实际数控加工中检测的技术关键2-1 检测的问题人们进商场买东西，就要用眼去挑选最好的，满意的商品，无论此商品是贵还是便宜，同样地，工厂里生产的产品，也要通过检验员挑剔的“眼光”才能进入下步工序或进入零件库。这就是检测的过程，它是整个产品生产过程中不可或缺的又极其重要的一环，是零件是否符合技术要求、产品是否满足社会需要的重要保证。在数控加工中，这恰恰是限制其效率和精度的重要瓶颈。2-1-1 数控加工过程中的检测目的1作为工序的序前检测，也即夹具的找正，有其重要的目的：i 其一是工件在加工时要有一个加工基准，原点坐标系的设立，就要通过找正的方法来确立；ii 通过原点坐标系的确立，可以检验所编程序的原点设立的准确性。2作为工序的中间检测，主要有三个目的：i 其一是在粗加工或半精加工阶段，通过检测所得的数据来判断起初找正所得的原点坐标的准确性，若不准确的话，马上就可以加以修正；ii 其二是判别所编程序的正确性，同样地，若不准确的话，也可以加以修正；iii 其三是为精加工做准备。3作为工序的最终检测，主要也有三个目的：i 其一减少加工精度的退化，也即通过经常的最终检测，可以即时地了解加工精度的变化程度；ii 其二降低劳动强度，每班可不用去检验间检测工件，而直接在机床上进行；iii 其三提高加工效率，由于不用每班都去检验，这样可大大降低辅助时间，从而提高劳动效率。2-1-2 数控加工过程中的检测要求1对于夹具找正的要求i 夹具的找正一定要准确无误，因为工序的一切从此出发，最后加工成合格的产品零件。若无此保障，就无从谈起零件的加工；ii 原点坐标系的确立，不但要准确无误，而且迅速简要，以提高工效。2对于工序的中间检测的要求要求对于工序的中间加工情况加以实时监测，以期提高产品流动间的质量保证。9面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究3对于工序的最终检测的要求要求对于零件的终结加以检测，保证合格的产品流入仓库中，将不合格产品拒之以门外，以期保证产品的装配质量。2-2 加工中检测方式及问题2-2-1 加工中检测的方式由于本厂的加工设备还没有自动检测系统，故加工中的检测采用的是比较传统的检测方法，只是检测的手段比较先进而以。具体的方式是：1加工前的准备 采用的方法是手工找正夹具的原点，找正刀具的长度，最后手工输入数据。2加工的试加工阶级 输入加工程序，空刀走一遍（设备没有仿真系统），初定程序准确无误，执行试加工，加工结束后，送检测室进行三坐标机检测，获得初始数据，与图纸要求比较，修正原点数据及刀具数据，再次试加工、检测、修正，直至达到要求，才能转入正式加工阶段。3加工中的检测 在正常加工过程中，不定期地进行零件的检测，以期稳定零件的质量。4零件入库前的检测 在零件流入仓库之前，要进行零件的最终检测，按规定的百分比抽取一定数量的零件进行全面检测，以保证合格的零件流入库中。2-2-2 检测存在的问题目前的检测方式基本满足生产的需要，只是在将来的发展进程中，随着生产规模的不断扩大，这样16的检测方式将不能跟上生产发展的步伐，检测的问题如下：1对于夹具原点的设置，手工找正既不方便又不能保证数据的准确度，况且劳动强度很大，工作效率很差，往往占据整个加工过程的很大一部分时间，对于那些大型工件来讲尤其突出；2对于试加工过程中的检测，由于存在重复定位的误差及人为因素的影响，致使零件的试加工过程过长及繁琐，且存在重复劳动的现象；3对于加工过程中的检测，由于存在检测要求和检测工作的矛盾，过多过少影响整体生产的要求：对于数控操作者来讲，希望自己的活尽快检测，以便能够安心进行一天的工作，而对于检测员一方来讲，检测工作尽可能地少些，减轻工作劳动的强度，避免工作差错；4对于最终检测，也存在上述的情况，由于工作安排的原因，最终检测的人员往往比较少，而检测的工件数量和检测项目繁多，这对检测人员是一种考验。2-2-3 检测的背景面对日趋激烈的国际市场的竞争，各国的制造商越来越清楚地认识到：产品质量是企业在为市场和利润所进行的竞争中最有利的战略武器，是现代许多尖端技术赖于生存的基础。因此，近年来新兴起了一门综合技术质量保证技术。它不单单是传统的统计质量和事后质量检验技术，而是包含着更为广10河北工业大学工程硕士学位论文泛的内涵。它融合了计算机仿真技术，计算机辅助测试技术，检测控制技术和人工智能技术等先进的新技术。在诸如 CIMS、FMS 这样高集成化、高自动化的无人化生产系统中，建立基于数控系统的可靠的质量保证子系统是整个系统正常运行的基本前提。而对与质量保证技术密切相关的信息技术，企业提出了更高的要求。21 世纪将是高度信息化的社会，机械制造业将不再是由物质和能量借助于信息的力量生产出价值，而是信息借助于物质和能量生产出价值。信息技术不仅包括信息的存储、处理和传输，更应包括信息的获取。在工业生产和科学研究中，信息的获取主要依靠传感、检测。为充分发挥数控机床的作用，必须减少设备的停机时间以提高设备利用率。每当一批零件开始加工时，有大量的检测工作要做，其中包括加工前夹具和零件的装卡找正，零件编程原点的测定，工件坐标系的设定等；加工中首件加工零件的检测、工序间的测量，以提取关键加工信息；加工完后工件关键尺寸的检测等。而目前加工前、加工中的绝大多数检测及监测工序仍由手工进行，并且占据大量的时间，而检测结果往往又受人为因素的影响，不仅影响了加工效率及机床的自动化程度，还导致了设备利用率和产品质量的降低。另一方面，有关加工过程中关键信息的提取，还存在不少困难，故对于加工前的基准检测，加工中的监控，以及其关键坐标信息的获取已成为当前迫切需要解决的问题。针对这一情况，急剧减少从事单调手工劳动的检测人员数量及提高加工精度的一个办法就是，产品制造过程中的监测和加工后的检测实现机械化和自动化。采用自动化检测装置除能提高检测工序的效率外，还能提高检测的客观性，避免主观误差。为此，国际上许多专家学者及工程人员都力图为数控机床配备各种类型的监控、监测装置（如测头）对工件及刀具进行过程中的监测，发现工件超差、刀具磨损、破损，都能及时地报警，并予以补偿，或对刀具进行调换，这就提高了机床的自动化程度，保证了数控机床长期工作时的产品质量。就此，很多厂商及用户都希望在数控机床上配置各种加工精度检测设备，并应用自动测量技术解决上述问题。2-3 小结本章对检测的问题(如数控加工过程中的检测目的及要求,加工中检测方式及存在的问题等)作了比较全面的阐述,从而加深理解了质量保证技术体系的重要性。如上所述的情况，真实地反映了目前国内的大部分工厂企业的实际生产情况。为了改变这种状况，本着对工厂有所作为，就有了此篇论文的研究，力求对加工设备进行必要的功能扩充，引用先进的在线监测技术的理念，试着将检测过程尽可能地移植到加工设备上，尽力使加工设备的加工功能得到拓展，减轻员工的劳动强度，减少因重复定位、检测手段、人为等因素对工件检测结果的影响，使进入仓库中的零件均符合图纸的要求，都为合格零件，最终保证产品的总体性能能够满足用户的各种各样的特殊要求，增强企业的总体竞争能力，为企业的长远发展提供强有力的动力。11面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究第三章零件检测特征分析、路径规划及检测方法研究3-1 零件分类我厂是专业生产多臂装置的厂家。目前，在国内生产多臂装置的厂家中，我厂生产的多臂装置的品种型号最齐全，规模最大，质量也最稳定，是国内最能代表多臂装置生产水平的厂家之一。我厂生产的多臂装置有：与棉织机配套的 1511 扣 1515 系列多臂装置；与中档剑杆织机配套的ASGT221 和 ASGT222 型多臂装置；与中高档剑杆织机配套的 GT412-12 和 GT412 纯机械式多臂装置以及 GT405 型和 GT405-型电子多臂装置；与喷气、喷水织机配套的 GD50 型多臂装置等。我厂正以每年 2 件以上新产品问世的速度发展。由于生产的多臂装置门类齐全，故而零件的品种就五花八门了：有轴类零件，有盘类零件，有塑料零件，有弹簧零件，有焊接零件，有支撑零件，有板金件，有薄形零件，有复杂箱体，有齿轮副，有链轮副，有蜗轮蜗杆副，有棘轮副，有槽轮副，有共轭凸轮副，还有特殊的复杂零件，以及各类滚针轴承、高强度螺栓、弹簧等诸多种标准件。本课题针对我厂目前的主导产品机械多臂（GT412 型）和电子多臂（GT405 型），有目的地选择了两种零件来加以分析和研究。对于 GT405 型电子多臂，选择了 GT405A-0501 主墙板作为研究对象。作为主墙板，件 0501 的主要尺寸的好坏将直接影响到多臂的装配精度，是一对其重要的尺寸精度要求控制的零件。此零件属于半复杂的箱类零件，是一铸铁件，其工艺路线如下所示：铣，磨，车，数控 1，数控 2，钳，清洗，检，入库。这里，本课题针对数控 1 和 2 工序段。对于 GT412 型机械多臂，选择了 GT412-0100-47 压刀板座（为一结合件）作为研究对象。作为一重要部件，它的作用在于控制信号的传递，其加工出尺寸的好坏将直接影响着多臂的总体性能。此零件属于复杂零件，是一铸铁件，其工艺路线如下所示：时效，铣，钻，钳（结合），数控 1，数控 2，钳（后序加工），清洗，检，入库。这里，本课题针对数控 1 工序段。二种零件的图纸分别见图 3.1、图 3.2 所示。12河北工业大学工程硕士学位论文图 3.1 GT405A-0501 主墙板图Fig.3.1 GT405A-0501 main wallboard13面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究图 3.2 GT412-0100-47 压刀板座Fig.3.2 GT412-0100-47 pressboard holder14河北工业大学工程硕士学位论文3-2 数据要求3-2-1GT405A-0501 主墙板的加工要求对于 GT405A-0501 主墙板来说，它是我厂的电子多臂装置中重要的一件零件，它的尺寸好坏将会直接影响电子多臂的部装精度，因此是一主要的控制件。它的加工要求为：1主视图上尺寸为 40 和 110 的两端面（定位基准面），它影响的是整个主体部件的安装精度（高度方向）；2上端面上 2- 16 定位孔， 20 沉孔，2-M10 螺孔（位置尺寸见俯视图），其中的定位孔的位置尺寸的好坏将影响另一部件的安装精度；3主视图上下端面的 2216 腰形孔， 16 定位孔（位置尺寸见俯视图），这里的定位孔及腰形孔的位置将影响主体部件的位置；4贯穿两端面的 2- 11 孔从上述所列加工要求来看，本件零件需要控制的尺寸分别为定位基准面尺寸及此基准面上的若干个定位基准孔的位置和孔径，它是可以通过数控机床的精确走位来达到加工精度的目的的，主要的问题是夹具的定位及原点的确立，以及试加工的工效问题。3-2-2GT412-0100-47 压刀板座的加工要求GT412-0100-47 压刀板座（为一结合件）是我厂主打产品机械式多臂中的一件重要部件，重要之处在于控制信号的传递，它的性能将直接影响着多臂的总体性能，是一件主要的控制工件，它的加工要求如下：根据工艺安排，此工件要在两只夹具上进行加工，加工要求也分两段：前段（A 夹具）主要加工：主视图左侧 40 孔及 20 孔，右侧 40 孔（两 40 孔要求同轴）；主视图上尺寸为 280 的两端平面（尺寸见 K-K 视图）；K-K 剖面图上尺寸为 19（标在右视图上）的标有 4-R10 的小塔子面（要求 4 个小平面共面）以及其面上的 4- 8 孔；后段（B 夹具）主要加工：2-M8 螺孔（加工中心上只做底孔 6.7）；2- 9 沉孔；2- 9 孔口锪平；此后段主要加工一有角度的螺纹孔，它角度由此夹具的定制角度决定。15面向纺织机械关键件的自寻位数控编程技术研究3-3 检测项目以往我们都是采用传统的手工对刀，测定程序原点时不仅费时、费力，而且受人为因素影响较大，定位不准确，对工件的后序加工产生很大影响，甚至使加工的工件报废，所以我们首先要进行程序原点得测定，使程序原点更加准确。粗加工后，有可能某一步工序加工出现偏差，如果此时偏差太大，以至于不能修复，如过切等，此时我们应该将此工件剔除，以免继续精加工而浪费工时，消耗人力物力；还有可能某一部分加工后的偏差较大，在精加工我们便可以随时调整加工余量，提高工件合格率，因此我们还要在粗加工后对工件进行检测。在精加工后，我们还要对工件作最后的质量把关，此时仍然要进行检测。综上所述，本课题的检测项目分三大部分，分别是程序原点的测定（对刀），中间检测，最终检测。本次课题选择了两种零件进行分析，即对于 GT412-0100-47 压刀板座，主要在卧式加工中心上加工，而对于 GT405A-0501 主墙板则分别要在立式和卧式加工中心上加工，故而要分立式和卧式两种方式进行分析。3-3-1 对于 GT405A-0501 主墙板在卧式加工中心上的定位方式和检测项目1GT405A-0501 主墙板的定位方式此道工序采用的是以俯视图上的上端面 D 为限制三自由度（V3），以主视图上 87 轴承孔为限制二自由度（V2），以主视图右端 E 处的未加工的毛坯面为限制一自由度（V1）的定位方式。具体加工时，E 处毛坯面的粗定位在工件夹紧后，由主视图上下部的 M、N 两处的辅助支撑点来替代，也即工件在粗定位夹紧以后，旋紧辅助支撑的螺钉，松开 E 处的定位支撑螺钉，以便在加工主视图上端平面时不至于被切削到。2GT405A-0501 主墙板的检测项目零件 GT405A-0501 主墙板的检测项目分夹具的找正（编程原点的确定）中间检测和最终检测三大部分。夹具的找正，主要采用手工找正的方法来进行。由于本段工序的加工尺寸在主视图的上下两个端面上体现，所以由 G54 和 G56 两个坐标系来表示。对于 G54 坐标系，它对应于主视图上尺寸为 40 的上端面；对于 G56 坐标系，它对应于主视图上尺寸为 110 的下端面。对于 G54 坐标系和 G56 坐标系，它的编程原点均为俯视图上的 O1 点。此道加工工序的夹具上有一 87 的定位柱。具体找正时，先用百分表将夹具对应于机床拉平直，再用螺栓将夹具固定在工作台面上。对于 G54 坐标系，先将与 G54 坐标系对应的机床工作台面的 B0 面转向机床一侧，然后移动工作台，使工作台上夹具的定位柱和定位面分别与装夹于机床主轴上的标准销柱（常采用 8 长柱销）的外圆柱面接触，从而得到 G54 坐标系的三个坐标值，具体做法如下：16河北工业大学工程硕士学位论文iX 向（左右）移动工作台，使夹具定位柱的外圆柱面从左右方向接触 8 长柱销的外柱面，读取此时机床坐标值，平均得到的数值，从而得到 X 向的坐标值；ii 先 X 向移动工作台，使主轴移至上述得到的 X 向的坐标值，再 Z 向（前后）移动工作台，使夹具定位柱的外圆柱面移向主轴而接触 8 长柱销的顶端，读取此时机床坐标值，从而得到 Z 向的坐标值；iii 先 Z 向移动工作台，使主轴上的长柱销能够够着夹具，再 Y 向（上下）移动主轴，使得主轴上的 8 长柱销的外圆柱面接触夹具的高度定位平面，读取此时机床的坐标值，得到 Y 向坐标值；对于 G56 坐标系，可用二种方法：一是同上述方法一样，将与 G56 坐标系所对应的机床工作台面的 B180 面转向机床一侧，然后手工找正获得原点坐标值。二是根据机床原点与编程原点的数学关系来计算而求得 G56 的三个坐标值。我厂采用的青海一机厂生产的 XH755-1 卧式加工中心有二个工作平台，分别记为和，因此，在输入原点（指编程原点）坐标数据时要注意分清是哪一个工作台的原点坐标数据，不然的话，机床在具体加工读取原点坐标数据时将产生错误信号，从而影响工件的加工精度，甚至可能产生误动作，致使零件报废，严重者出现事故危险。中间检测要求对于此件工件，其中间检测的要求有：在半精加工后的上端面尺寸 41 及下端面尺寸 112（半精加工时两端平面的加工余量为 1）；2- 16 定位孔半精加工时的位置尺寸 12 和 123（此位置尺寸也是精加工的位置尺寸，以下同）；1622 的腰形孔半精加工时的位置尺寸 95（185-90）和 16； 16 定位孔半精加工时的位置尺寸 16 和 90。最终检测要求作为工序的最终检测，主要也有三个目的：i 其一减少加工精度的退化，也即通过经常的最终