柔性车削程序架构设计与编程技术研究

张伟　窦远　胡更新　范宗凯

摘 要：本文通过对柔性程序结构的深度分析和构建，运用已有编程技术加以实现，将在线测量系统应用到自动化车削中，实现加工数据的内部传递，将整个加工过程前后衔接，实现全过程的自动化精准车削。针对精加工需求，制定在线系统的自身修正机制。

关键词：柔性；车削；程序；编程；在线测量

中图分类号：TD214 文献标识码：A

0.引言

回转体结构是机匣零件的一种主要特征形式，制造过程中主要采用车削工艺进行加工，车削过程大致上分为粗车、半精车、精车3部分，其中粗车工序以外委加工形式为主，承制单位主要负责完成半精车和精车工序。

目前，工厂的数控车床加工的过程的自动化程度还存在着明显不足：

①对于几何精度较低的外委半成品，需要人工检测毛坯尺寸，并修整加工余量。

②對于毛皮尺寸的变化，加工程序自身缺少自适应性。

1.技术指标

通过对程序核心结构的合理设计，运用先进的编程技术，并以高性能数控设备为执行载体，实现对毛坯几何尺寸差异的自动识别，并根据差异程度自动编辑过程加工程序，加工后可按在线检测结果自动补偿程序参数和刀具参数，最终完成加工并生成可读取和传输的检测数据报表。

2.技术方案制定与实施

2.1 技术方案的实施

2.1.1程序架构分析与功能定义

为实现柔性加工的目的，程序需具备对毛坯的识别功能、根据毛坯条件调整加工参数的功能、加工补偿功能，但是实际加工过程中，零件的车削一般分为半精加工和精加工两个步骤（粗加工外委），其中半精加工的毛坯状态不稳定，需要自动检测毛坯和调整刀路的功能，但是由于尚有加工余量，一般不需要进行补偿加工处理。而精加工使用的是经过半精加工的半成品，其加工尺寸精度误差不大于0.2mm，因而不需检测毛坯，可按照既定程序走刀加工，但精加工后尺寸精度要求较高，需要进行仔细的检测，并根据测量结构自动补偿完成最终加工过程。

2.1.2在线测量程序循环

Dorries车床的在线测量系统，测头在使用前要设置长度、半径和刀尖方向等参数（同车刀设置）。 每个探针需占用一个2D存储器。 补偿存储器地址根据装入探针的位置确定。 原则上，用于测头探针的每个D存储器都需两个校准数据记录。 根据D存储器的不同，长度L的符号可为+或-。 半径R与球形探针的模拟球半径相匹配。

测量循环L974可控制在X轴和Z轴中工件的自动测量流程。调用参数定义用于测量的测量变量和几何值。该循环可以确定，测量结果是只显示在NC显示器中，还是记录到日志文件中。

2.1.4在线检测机精度优化措施

（1）原因分析

通过8组数据对比分析，在线测量系统的重复误差其实很小，但是存在系统偏差，直接进行测量的结果不可信，需要进行系统补偿或校准。

产生系统偏差主要因素——环境因素。厂房只在夏季使用空调，其他季节，生产现场的环境温度和湿度（时间/空间）梯度变化较大，对机床的硬件系统和电气设备的运行精度都有影响，其中最主要的就是热膨胀问题。这种现象在全球机加车间都是普遍存在的。

（2）优化措施

RR机匣生产线给出了最佳的解决方案：制作与加工零件相同材料的标准件，并固定到零件的夹具上，当加工过程中需要使用在线测量系统时，首先通过标准件校准测头，然后再进行工件测量。这种方法的关键在于相同材质的标准件和零件，相互抵消了热膨胀系数的影响。

对于工厂现有条件，需要更切合实际的方案。 完全照搬RR工厂的方法存在以下问题：

（1）标准件材料问题

加工零件是航空钛合金锻件，材料成本高，而且订货周期长。

（2）安装条件问题

①现有夹具没有预留安装标准件的位置，需要重新设计、制造夹具，存在成本和周期上的问题。

②若直接安装在工作台上，将根据生产任务频繁调整进行反复的拆卸，反而增加了额外的工序准备时间。

（3）优化结果

将测头本身作为“刀具对象”，通过测量基准面结果和刀沿参数自动补偿模块，修复测头自身的偏差。仍然对零件最严的内孔直径进行对比测量，测量工具仍为常规内径千分尺。具体测量数据见表2。

从测量结果中可以看出，在线测量的结果已高度接近工具测量结果，两者测量结果最大偏差仅有0.007mm。已达到可允许的测量精度范围。

结语

通过本次研究提出并验证了柔性车削程序的结构模型，并结合实际加工需求，通过已掌握的高级编程技术，将程序架构实用化。同时，进一步证明了在线测量系统对于自动化加工技术的必要性，深度挖掘、剖析了在线测量系统存在的固有问题，并结合现场条件，给出适应现阶段需求的改进措施。

参考文献

[1]王雷， 徐鹏， 顾欢.机器人柔性车削加工单元设计研究[J].企业科技与发展，2016（6）：52-55.

[2]隋少春，楚王伟， 李卫东.数控加工在线测量技术应用探讨[J].航空制造技术， 2010（22）：44-46.