第五章加工過程的檢測自動化第一節(jié)概述為何要實現(xiàn)監(jiān)測自動化？目的：利用各種自動化的監(jiān)測裝置，自動地對加工對象的有關(guān)參數(shù)及工藝過程不斷地進(jìn)行在線檢測，及時地對制造過程中被加工工件質(zhì)量進(jìn)行控制，確保制造系統(tǒng)的正常運行。實現(xiàn)監(jiān)測自動化的優(yōu)點：實現(xiàn)檢測自動化，消除了人為誤差，使檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠;由于采用了先進(jìn)的在線監(jiān)測儀器，實現(xiàn)了動態(tài)監(jiān)測，提高了檢測精度；加工工藝過程與自動測量過程重合，大大地降低了輔助時間，提高了勞動生產(chǎn)率;節(jié)約了制造成本.4/5/20231監(jiān)測的內(nèi)容：對被加工工件的精度監(jiān)測與控制；對刀具工作狀態(tài)的在線監(jiān)測與控制；對加工對象的加工過程在線監(jiān)測與控制。檢測自動化的分類：按裝置本身的構(gòu)造分為：機(jī)械式（膜片式，波紋式等）和電氣式（電容式，互感式）按測量頭與工件表面的接觸程度分為：接觸式（三坐標(biāo)測量儀等）和非接觸式（激光）等4/5/20232自動化檢測實現(xiàn)的途徑在機(jī)床上安裝自動化檢測裝置實現(xiàn)加工過程中的在線檢測。如在數(shù)控磨床上安裝在線檢測裝置在自動線中設(shè)置專門的自動檢測工位，即在某道加工工序剛一完成就立即進(jìn)行在線檢測。如曲軸加工自動生產(chǎn)線上的動平衡實驗裝置。設(shè)置專門的監(jiān)測裝置。如軸承中使用的鋼珠、滾針，連桿的秤重。在柔性系統(tǒng)使用的測量機(jī)器人。4/5/20233影響加工尺寸的因素一般說來有以下幾種原因：1切削熱引起刀具的伸長，使得加工尺寸與理論尺寸有差別；2切削熱引起工件的膨脹；3機(jī)床主軸、工件和刀具系統(tǒng)在受切削力作用下的動態(tài)變形；4刀具磨損對加工精度的影響。4/5/20235一、長度尺寸的測量長度尺寸測量的按儀器的原理分為：機(jī)械包括（氣動、電動）和光學(xué)。1氣動測量儀原理：將被測量尺寸的微小變化，轉(zhuǎn)換成氣流壓力、流量和流速的變化。優(yōu)點：由于氣動測量儀器容易得到較大的放大倍率，所以測量精度過高；采用非接觸式測量，操作方便；使用靈活，易實現(xiàn)小型化。常用的氣壓型儀器和流量型儀器氣動測頭的原理測量尺寸范圍與噴嘴小孔直徑的關(guān)系。工件加工尺寸的測量方法與裝置4/5/202361）氣壓型儀器有：薄膜式氣動測量儀器（具體結(jié)構(gòu)見圖5-1）、波紋管氣動測量儀（具體結(jié)構(gòu)見圖5-2）、水柱式氣動測量儀（具體結(jié)構(gòu)見圖5-3）

4/5/20237流量型氣動測量儀器都是將工件尺寸的變化變成指針或浮標(biāo)的運動來反映的。2）氣動測頭：氣動測頭有接觸式和非接觸式，而在自動化生產(chǎn)線上常用非接觸式,下面給出了部分具體結(jié)構(gòu)。流量型氣動測量儀器（具體結(jié)構(gòu)見圖5-4）4/5/202394/5/2023102電動測量儀器一般多用電感傳感器和電容傳感器：圖5-7給出了電感傳感器原理框圖；圖5-8給出了常用單電感傳感器裝置4/5/202311形狀精度測量氣動測量儀：測量形狀誤差與測量長度的原理大致相同。但是電動測量儀，測量形狀誤差與測量長度的原理不一致的，往往要測量出最大值與最小值差的一半，大部分使用雙傳感器通過“和差演算”法進(jìn)行測量。一般通過“和差演算”法測量同軸度、平行度、垂直度等測量同軸度4/5/202313測量粗糙度表面粗糙度測量：氣隙法：通過電容的變化來測量表面光潔度漫發(fā)射法：將漫反射能量與鏡面反射的能量進(jìn)行對比，來確定表面的光潔度。光纖法：是將光纖的一部分作為發(fā)射光源，另一部分作為接受光束，接受到的能量就反映了被測表面的光潔度。表面粗糙度測量4/5/202314（四）加工過程中的主動控制在加工過程中，自動測量工件的尺寸，并根 `據(jù)測量的結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制信號，控制機(jī)床的加工。一般分為直接測量法和間接測量法.直接測量法：特點：由硬質(zhì)合金的觸頭與工件表面結(jié)合。外園磨床的自動測量裝置圖5-11單觸測量裝置；圖5-12雙觸測量裝置；內(nèi)園磨床的自動測量裝置圖5-13、5-14內(nèi)園磨床的自動測量裝置；圖5-15是花鍵軸的外園磨床的自動測量裝置（2）間接測量法：特點：不用觸頭與工件直接接觸，而是用預(yù)先調(diào)定的裝置控制機(jī)床的行程。如圖5-16就是借用測量刀具的行程或尺寸來間接的控制工件的尺寸。4/5/202315直接測量間接測量4/5/202317主動測量裝置的主要技術(shù)要求測量裝置的杠桿比不宜太大，測量的尺寸鏈不宜太長。保證測量精度與穩(wěn)定性；工作時，測端觸頭的附件力要合適，太大會劃傷工件，太小測量結(jié)果不穩(wěn)定；測量觸頭要耐磨；測臂和測體要不能導(dǎo)磁，對磁性回路有影響；測量裝置應(yīng)當(dāng)密封良好；傳感器的導(dǎo)線要屏蔽，測量裝置的設(shè)計要易于調(diào)整；4/5/202318（五）測量機(jī)械人一般情況多使用三坐標(biāo)測量儀，不靈活，成本高等.采用機(jī)器人，可以實現(xiàn)直接測量法和間接測量法，一般不要配專門的測量機(jī)器人，采用通用機(jī)器人即可。4/5/202319刀具補償裝置的工作原理在金屬加工過程中，刀具補償一般采用尺寸補償?shù)脑瓌t，就是在工件完成加工后，自動測量其實際尺寸，當(dāng)尺寸的變化達(dá)到設(shè)定的值時，控制裝置發(fā)出指令，操縱補嘗裝置使刀具按指定的值進(jìn)行微調(diào)來補償工件尺寸的變化。自動補償裝置的組成：測量裝置、信號轉(zhuǎn)換裝置或控制裝置、補償裝置三部分組成。（具體見圖5-17；尺寸公差帶的補償5-18）為了避免偶然誤差，要將連續(xù)的幾個補償信號記入，然后再進(jìn)行補償。4/5/202321用加工好的工件尺寸大小確定未加工件的刀具補償量加工內(nèi)孔時尺寸公與補償帶差帶考慮了加工的熱變形等原因后的結(jié)果4/5/202322刀具補償裝置的典型機(jī)構(gòu)與應(yīng)用采用尺寸控制原則：自動補償裝置多采用下述兩種情況對于無心磨床、立式磨床和臥式雙面磨床等，自動化的鏜床補償運動.其補償運動多由補償裝置驅(qū)動砂輪和導(dǎo)軌座來實現(xiàn)。具體見圖5-19將噴嘴的端面與砂輪的工作表面調(diào)平行具體見圖5-20鏜孔刀具的自動補償一般有兩種形式：利用鏜桿的軸線與機(jī)床主軸的偏心進(jìn)行自動補償。利用鏜桿或刀架的彈性變形來實現(xiàn)自動補償。對于精加工的自動化鏜床多由特殊的鏜桿結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)4/5/202323可要4/5/202325可要4/5/202326刀具磨損的間接檢測與補嘗刀具的磨損區(qū)往往很難直接測到，常常通過測量切削力切削力矩、切削溫度、振動參數(shù)、噪聲和加工表面的粗糙度等來判斷磨損程度。就是根據(jù)切削力的變化判別刀具的磨損程度的。測量是對車刀進(jìn)行測量對于加工中心而言測量裝置是無法裝在刀具上，一般情況下，就裝在主軸的軸承上，這種軸承稱為測力軸承。通過測量測力軸承的受力情況來確定刀具的磨損情況。具體見圖5-284/5/202329切削力檢測的原理圖刀具磨損的間接檢測與補嘗4/5/2023304/5/202331圖5-29通過檢測切削過程中的振動信號來確定刀具的磨損和破損情況刀具振動磨損檢測系統(tǒng)框圖4/5/202332圖5-30通過激光檢測工件表面的粗糙度，用發(fā)射光的強(qiáng)弱實施在線檢測刀具的磨損和破損。4/5/202333根據(jù)經(jīng)驗法判斷，刀具的壽命定在急劇磨損之前，通常用刀具的壽命減去使用時間，當(dāng)下一道工序的使用時間大于剩余刀具壽命，就要換刀。

4/5/202334刀具破損的監(jiān)控方法1探針式監(jiān)控具體見圖5-32，當(dāng)有鉆頭折斷在加工孔中，滑桿會后移，感應(yīng)開關(guān)就發(fā)出信號4/5/2023352光控式監(jiān)控具體見圖5-33通過光源與光敏元件，檢測光路的斷通來實現(xiàn)。自動化加工設(shè)備的功能監(jiān)控與故障診斷4/5/2023363氣動式監(jiān)控過程與光控式監(jiān)控相同。圖5-344/5/2023374電磁式監(jiān)控圖5-35給出了具體檢驗裝置4/5/2023385主電機(jī)的負(fù)荷監(jiān)控由于切削力矩的變化，會引起主電機(jī)的負(fù)荷發(fā)生變化，主電機(jī)功率的檢測能判別刀具的破損情況。6聲發(fā)射監(jiān)控在工件加工過程中，刀具的加工狀態(tài)會通過切削聲音隨時反映出來，通過提取工件加工過程中的噪聲就能判別刀具的破損。4/5/202339自動化加工設(shè)備的功能監(jiān)控與故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)的概念與組成切削過程的監(jiān)控就是在加工狀態(tài)下對工具、工件、機(jī)床和切削過程的信息進(jìn)行自動檢測、處理、識別、判斷及狀態(tài)反饋控制。其中監(jiān)視檢測系統(tǒng)的組成：切削過程參數(shù)傳感器元件、信號處理元件、接口電路和識別決策單元等組成加工過程監(jiān)控的內(nèi)容：工序監(jiān)控、工件監(jiān)控、工件裝夾監(jiān)控、尺寸與形狀誤差監(jiān)視、表面粗糙度的監(jiān)視等機(jī)床運動過程監(jiān)控的內(nèi)容：包括驅(qū)動系統(tǒng)的監(jiān)控（監(jiān)視機(jī)床的運動）、主軸軸承與主軸回轉(zhuǎn)部件的監(jiān)控（主軸回轉(zhuǎn)誤差）、機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控（狀態(tài)傳感器的參數(shù)）、加工精度監(jiān)控（包括機(jī)床誤差、刀具誤差、工件誤差、夾具誤差）等4/5/202340檢測與控制系統(tǒng)故障診斷加工設(shè)備的故障診斷包括：識別設(shè)備的現(xiàn)狀、預(yù)測設(shè)備未來可能會出現(xiàn)的故障。一般由三個過程組成：狀態(tài)檢測（采集機(jī)床狀態(tài)信息、處理狀態(tài)信息、獲得狀態(tài)參數(shù)）、識別診斷（根據(jù)所獲得的狀態(tài)參數(shù)、識別機(jī)床是否正常運行以及今后的狀態(tài)趨勢）、決策預(yù)防（診斷異常根據(jù)狀態(tài)趨勢采取預(yù)防措施）等4/5/202341監(jiān)控與故障診斷傳感器按檢測的物理量分：