五軸檢驗在模具制造過程中的應(yīng)用

寂靜天花板

在模具制造過程中，采用五軸檢驗?zāi)軌蛟跍y量速度和精度方面帶來同樣的好處嗎？在測量具有多種特點的零件（如傳動系統(tǒng)中的元件和復(fù)雜的雙曲面零件，其中包括機翼和渦輪機葉片等零件）時，采用五軸測量頭和探針測量系統(tǒng)可以給人們帶來意想不到的測量結(jié)果。例如，在測量一個飛機發(fā)動機零件時，其所耗費的時間已經(jīng)從原來的46min降低到4.5min，而檢測汽車12個閥座和汽缸蓋導(dǎo)向孔所需的時間從原來的30min減少到不足3min。在看到這些檢測結(jié)果以后，許多模具制造商提出了這樣一個問題：采用五軸檢測能否為他們的公司在檢測速度和精度方面帶來同樣的好處嗎？
+ _# N$ I2 s; @! N5 n8 e; z        快速檢測的含義
/ F. U" x9 @" K8 n0 Q) x( _        為了回答這個問題，首先要了解在實際生產(chǎn)操作中是如何達到快速檢測的，這一點十分重要。采用普通三軸掃描測量法的主要限制是在非迪卡爾軌道測量中，任何想要快速移動大質(zhì)量坐標(biāo)測量機（CMM）的企圖，可能會因為加速度和減速度而導(dǎo)致慣性誤差。因此，唯一可以保持測量精度的方法是降低檢測速度。
        1. 五軸檢驗的優(yōu)點
        在五軸檢驗中，節(jié)約時間的關(guān)鍵是必須要能夠克服上述這種限制。該技術(shù)采用同步化測量頭，并在掃描過程中讓測量機運動，允許測量探針隨著零件幾何形狀的變化而迅速移動，這樣就不會帶來動態(tài)誤差。因此，在這種情況下CMM坐標(biāo)測量機就能夠以恒定的速度運動，并同時進行測量，不會對測量的精度產(chǎn)生影響。
8 a. B/ H  Z" {& C- m1 [" H        采用五軸檢測的第二個優(yōu)點是，由于其使用了尖端傳感式測量探針，因此使其測量精度有所提高。大部分模具制造商都熟悉采用五軸加工的方法，而且也了解使用較短刀具的好處。
        由于五軸加工機床能夠使加工頭降低到零件的位置，然后使刀具針對工件表面的方向，因此使其有可能達到上述目標(biāo)。在三軸加工中，必須采用較長的刀具，才能到達工件的表面，因此其測量精度較低。而采用同樣的方法，五軸檢驗的測量非常接近于零件的表面。這意味著在這里可以使用較短的測量探針，因此其所獲得的檢驗精度也相對較高。
$ U4 d1 I' C( Q8 C$ V        2. 應(yīng)用軟件
( A8 F/ G" N/ M' z/ K  i9 W* B: ?        由于這里需要采用最新的掃描技術(shù)，因此五軸檢測的成功應(yīng)用也要求使用適當(dāng)?shù)臋z測軟件/程序，以支持新型探針的使用，并驗證各主要CMM坐標(biāo)測量機制造過程中所需的各種幾何形狀和自由形狀。
3 m  ]/ ^2 ?2 ?! ?/ n        多年來，在生產(chǎn)移動測量臂系統(tǒng)的過程中，由于取得了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗。因此，CMM坐標(biāo)測量機五軸檢驗所需的開發(fā)從中吸取了很多寶貴的經(jīng)驗。由于測量臂具有靈敏的伸縮性，測量探針能夠不斷地改變它們的方向，所以這些測量裝置能夠進行多軸檢測，支持其檢驗的軟件需要有能力處理由探針?biāo)鶛z測到的測量值。同樣，激光掃描器在這些測量臂上的使用也要求配置適當(dāng)?shù)能浖员隳軌驅(qū)Ξa(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行處理。這類測量系統(tǒng)可應(yīng)用五軸檢測來處理由CMM坐標(biāo)測量機獲取的大量測量數(shù)據(jù)。
5 W; S- S! E, W+ L1 p: {# y        五軸檢驗程序的開發(fā)也采用了起初用于支持五軸加工的相關(guān)技術(shù)。同時，也使用了類似的程序驅(qū)動五軸運動，由于在加工系統(tǒng)中，能夠結(jié)合采用經(jīng)過驗證的五軸模擬技術(shù)和防碰撞檢測技術(shù)，因此這種新的檢驗軟件也從這里吸取了不少經(jīng)驗。同樣，還可以采用計算機模型來模擬加工工藝，從而開發(fā)了大量的通用型CMM坐標(biāo)測量機，以便對整個系統(tǒng)的操作進行監(jiān)控，而不只是對零件周圍探針運動的監(jiān)控。這一切能夠使其在CMM坐標(biāo)測量機上運行之前進行全面的檢驗，并在計算機上進行脫機測試。因此，用戶可以確信，檢驗程序?qū)⒛軌虬踩胤浅Ｓ行У剡\行，不會發(fā)生任何碰撞，從而導(dǎo)致探針和零件的損壞。
% |# {5 Q4 ?% R' t0 c        模具的應(yīng)用
+ h+ f" h+ Y$ f0 o* d% r  ]        模具制造商能否像復(fù)雜的航空航天和汽車零件制造商那樣從五軸檢驗方法中獲得同樣的好處，將取決于模具的大小和復(fù)雜程度。對于制造大型模具，特別是型腔很深的模具制造商而言，由于能夠使用較短的尖端傳感式探針，因此采用五軸檢測方法可以獲得更精確的測量結(jié)果。對于制造小型和比較簡單的模具制造商而言，采用三軸CMM坐標(biāo)測量機就可以提供比較完美、合適的檢驗報告。但隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不同，也可能會發(fā)生很大的變化。因此，至少也應(yīng)該對五軸測量技術(shù)進行調(diào)研，以確定是否有可能增加其測量速度。
        凡是制造設(shè)計復(fù)雜的零件的模具制造商，和那些對表面需要特別精密加工的企業(yè)而言，采用五軸測量系統(tǒng)可以獲取更多的測量值，其測量的速度也更為快捷，從而可以為他們的客戶完成更全面的檢驗報告。這對于那些生產(chǎn)大型模具和復(fù)合元件，如生產(chǎn)風(fēng)力渦輪發(fā)電機或卡車駕駛艙和擋板的制造商而言，采用這樣的檢驗方法也是特別重要的。
/ z3 v/ H$ L; ]0 V5 V1 k2 E  P% O5 h        模具的整體檢驗
        對于需要生產(chǎn)帶有咬邊的零件的企業(yè)而言，采用這樣的測量工具也有很大的一個好處。因為三軸CMM坐標(biāo)測量機只能測量模具中的單一元件，當(dāng)整個模具組裝以后，它就無法達到咬邊區(qū)域進行測量。而采用五軸方法進行檢測，可以達到模具的任何測量部位，這樣有利于公司為客戶提供更全面的檢驗報告。
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