三坐标测量机在数控加工中的应用

王茂公

摘 要：本文从市场经济、新产品开发、产品仿制、产品的生产和制造过程、提高检测效益和企业经济效率几方面阐述了工业企业的数控设备加工中心必备三坐标测量机的重要性。

关键词：数控设备 加工中心 三坐标测量机

随着制造业的发展，数控机床已被广泛应用，加工企业都拥有了自己的数控加工机床或数控机床加工中心。数控机床的应用就是为了提升企业的加工能力，在使制造业生产出高品质的机械产品成为可能的同时，可以最大限度地减少制造的时间，提高企业的经济效益。这时，常规的检测器具及方法，已难以适应这种高效率生产高品质产品的检测。那么靠什么来检测生产过程中产品的品质，保证数控机床高效率生产的顺利进行呢？此时三坐标测量机应运而生。

三坐标测量机是把光学、机械、电子和计算机控制技术融为一体的高精度、高效率、功能性强的检测设备。对于数控机床加工的首件零件的检测和制造过程中对形状复杂、精度要求严格的零件的检测都特别有效，从而给数控机床的工装夹具和刀具位置的调整及加工程序补偿提供最有效、精确的数据。三坐标测量机的这种高精度、高效率以及在CAD/CAM和反求工程中的应用是普通检测技术所不可比拟的，因此更加推动了数控加工设备在制造业的广泛应用。

一、数控加工中心配置在线三坐标测量机是市场经济的要求

如果一家工厂建立了一个拥有N台数控机床的加工中心生产车间，在当今市场经济的环境中，就拥有了比别人强大得多的加工能力，将得到许多外来产品的加工业务。同时，工厂都会被要求在提供加工零件的同时，提供三坐标测量机的检测报告。虽然可以从外面的检测中心获取报告，但这将给生产带来不便。或者可以在加工生产的同时进行检测，但这样除了用昂贵的数控机床实现测量机的功能是一种浪费外，在加工过程中每个位置的误差在检测时也可能同时出现，这就不能有效地保证加工过程中的产品质量。更明确地说，合适的三坐标测量机可以提高数控加工设备的工作效率这样企业可以从中获得更大的经济效益，并增加了开拓新事业的机会。

三坐标测量机可提供对工件进行检测的结果，同时可提供工件的加工程序实现制造，并还可以产生CAD文件提供给设计或归档。这个流程被称为“反求工程”，在未来高速发展的制造业拥有广阔的市场。随着我国成为WTO的成员国后，市场经济规律就要求我们完全规范经济行为，企业的市场占有能力最终取决于企业的加工能力、检测能力和生产能力。一个具有数控加工中心和三坐标测量机检测设备，加工和检测能力强大的企业，一定在市场经济中具有超强的市场竞争能力。

二、数控加工设备在机械产品的生产制造过程中离不开三坐标测量机

拥有高精度的数控加工设备，就是为了加工出高品质的产品，产品的高质量从根本上讲是通过制造过程实现的，而不是依靠最终检验。现代制造行业中的质量目标是尽可能保持零件的生产与设计要求一致。然而，要保持生产过程和设计的一致性，则必须对制造流程进行控制。控制制造流程最为有效的方法就是准确地测量工件尺寸，获得尺寸信息后，经过分析比对然后反馈信息到生产过程中，进而改进加工工艺或生产流程，从而持续提高产品质量。

对于大批量产品生产，尤其应注重和强调生产过程的控制，而生产过程控制的核心是准确地测量工件尺寸。在数控设备加工过程中，工装夹具和刀具位置的调整、首件工件的测量、加工程序的调试，都要通过准确地测量首件工件的尺寸来获取精确的调整数据信息。靠什么来高效地获取需要的数据信息呢？三坐标测量机是准确地获得测量和评价工件尺寸的最有效方法之一，并可由一台设备代替多种表面测量工具、平面测量工具、昂贵的专用或定制组合量规以及精密的手工测量工具，从而大大减少了完成复杂产品检测所需工具及购置费用，继而也大大减少了检测时间。

三、三坐标测量机为数控中心产品开发生产新产品提供了可靠的样件数据

数控加工设备一项强大的功能就是超强的样品仿制加工能力。数控加工设备要仿制加工样品，就要有样品相应的数据。从样品→数据测量→CAD建模→设计→加工→产品，称之为逆向工程。逆向工程主要是研究他人的系统和产品，发现其规律，以复制并超越现有产品或系统的过程。三坐标测量机的数据采集就是对样品的形位尺寸数据进行测试，取得仿制加工需要的信息，是逆向工程的起点，是逆向工程的基本活动。逆向工程不仅仅是对现有产品的模仿，更是对其产品的改造和超越。它所涉及的关键技术包括：三维实体几何形状数据采集、规划或大量离散数据处理、三维实体模型重建、产品加工等。

诸如齿轮、凸轮、涡轮涡杆等以前需要用专用检测设备的功能用软件的方式解决了。由此，人们知道了三坐标测量机优越的特性：高效、高精度、高柔性而又具有相当的专用性。采用先进传感技术、数字控制技术、计算机软件控制和处理技术，使得三坐标测量机具有很高的数据采集和处理效率；它以精密的机械主体为基础，采用软件控制和补偿技术，再配以高精度的位置传感器，可实现很高的精度；它实现空间坐标点的测量，采用计算机软件来完成产品的几何尺寸、形位公差的评价。

因此，数控加工设备要完成科研产品、仿制品的高品质的加工生产，离不开三坐标测量机高精度、高效率的测量服务。三坐标测量机是理想的数据采集器，可以为数控加工设备提供准确完整的数据依据。

四、三坐标测量机应用可以保证产品的高品质，提高企业经济效益

三坐标测量机不仅仅是一台计量设备，应用于产品检测还可以发挥人工检测无法比拟的功效。三坐标强大的功能和高效的检测手段大大减轻了人工检测的劳动强度，解决了许多其他检测设备或平台检测无法检测的难题。在数控加工中心，由于产品批量大、品种多，零件检测的工作量大，劳动强度高的问题尤显突出，三坐标测量机的应用使这些难题迎刃而解。由于三坐标测量机的高精度，检测结果正确地反映了产品的加工精度，提供准确的尺寸数据，从而可以采取有效的措施改进加工工艺和加工方法，保证了产品质量的有序提高。因此，有效地降低了企业成本费用，提高了经济效益

如在WX6006S.TDS产品的加工测量中，由于零件是薄壁件，加工容易变形，测量面较小无法采集大量数，人工检测误差较大，而通过使用三坐标极径测量法有效地解决产品在加工测量中间出现的问题，降低了产品的废品率，保证了产品加工的准确性，提高了测量效率，降低了企业成本。以往靠专用量具或需制造辅助工装才能检测的项目，现在可以用三坐标测量机直接检测。在WG3002、WG0017产品空心轴和0102本体同轴度测量过程中发现平台打表测量误差较大，有失真现象，利用三坐标测量则可以快速准确地提供尺寸数据。

总之，数控加工机床以其高精度、高效率得到制造业的青睐，而且必将更广泛地应用于制造业，其产品品质的控制手段即检测更加依赖于先进的检测设备。三坐标测量机的技术经历了几十年的发展，随着新技术、新材料、和新工艺的应用，势将进一步的发展，其今后的发展方向取决于用户在使用测量机的过程中能否充分挖掘它的生产潜力，提高其利用率，以便促进数控加工行业的进一步发展。

参考文献：

[1]刘祚时，倪潇娟.三坐标测量机（CMM）的现状和发展趋势[J].机械制造，2004（42）.

[2]周国雄.三坐标测量机[M].天津：天津大学出版社，1998.

[3]张郭益，范光照.精密量具及机件检验[M].新北：高立图书公司，1998.

（作者单位：河南省焦作市技师学院）