微孔加工的在線監(jiān)控

發(fā)布日期:2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽:2798

    內(nèi)燃機(jī)燃油噴嘴所承受的壓力高達(dá)2000bar,因此對(duì)其加工精度提出了極高要求,其中包括機(jī)床的制造精度以及對(duì)刀具在加工中的狀態(tài)進(jìn)行有效而可靠的監(jiān)控。

    位于德國(guó)Bamberg的羅伯特-博世公司(Robert Bosch)在20世紀(jì)發(fā)明了燃油噴射泵,無論采用何種增壓系統(tǒng)(如泵/噴油嘴或柴油機(jī)進(jìn)氣噴油系統(tǒng)),燃油都必須經(jīng)壓縮后進(jìn)入噴管體。噴管體內(nèi)有一微孔,當(dāng)各汽缸的工作狀態(tài)處于壓縮行程時(shí),這些微孔將通過噴嘴針閥被開啟或關(guān)閉,噴嘴針閥與噴管體之間的間隙公差僅為幾個(gè)微米。

    工件經(jīng)過鉆削加工后還需要進(jìn)行磨削,為了避免磨削細(xì)長(zhǎng)工件時(shí)產(chǎn)生彈性彎曲變形,磨削加工過程不宜過長(zhǎng),這就要求工件在初加工后,公差就基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求,最后只需進(jìn)行磨光處理。

    博世公司在加工噴管體時(shí),工件在磨削加工之前就在MiKron圓盤式節(jié)拍自動(dòng)機(jī)床上用鉆頭和鉸刀對(duì)孔進(jìn)行了初加工。MiKron機(jī)床(尤其是瑞士式加工機(jī)床)為眾多精密機(jī)床制造商和用戶所熟知。在精密制造行業(yè)中,除了加工機(jī)床的精度極高以外,所使用的刀具同樣具有制造精度高且?guī)缀纬叽鐦O小的特點(diǎn)。

    多年來,MiKron機(jī)床一直采用由Hürth公司提供的Nordman刀具監(jiān)控器。該設(shè)備是迄今為止人們找到的一種可對(duì)難以檢測(cè)部位實(shí)施監(jiān)控(如對(duì)直徑小于0.1mm微小孔加工過程的監(jiān)控)的有效工具。這里,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工件和刀具在加工過程中所產(chǎn)生聲波的測(cè)量,是將冷卻潤(rùn)滑介質(zhì)的射流束作為聲波的傳導(dǎo)體,由液體傳聲檢波器予以接收。而在測(cè)量有功功率時(shí),則可根據(jù)主軸的驅(qū)動(dòng)情況,通過信號(hào)總線進(jìn)行數(shù)字測(cè)量,或在刀具監(jiān)控器上進(jìn)行三相模擬測(cè)量。

    博世公司主要通過測(cè)量加工機(jī)床的有功功率來對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控,其原因是,在靠近加工刀具的位置排列安裝了冷卻潤(rùn)滑介質(zhì)噴嘴,在狹小的空間內(nèi)難以再安裝用于刀具監(jiān)控的其它機(jī)械探頭。

    測(cè)得的機(jī)床刀具軸的有功功率曲線通常由線性的上極限和下極限(即包絡(luò)曲線)的形式給出。下極限一般總是位于鋒利刀具測(cè)量曲線的下方,而上極限始終在不鋒利刀具測(cè)量曲線的上方。在博世公司,人們希望測(cè)量曲線始終處于一個(gè)較窄的、均勻的區(qū)間內(nèi)。然而,這并不僅僅取決于刀具是否鋒利,在切削加工過程中,刀具出現(xiàn)一些極微小的破損,或其他一些突變因素,都會(huì)引起測(cè)量曲線發(fā)生變化。由于包絡(luò)曲線的上、下極限之間有一定的寬度要求,這就需要對(duì)測(cè)量曲線中因刀具磨損而發(fā)生變化的部分予以補(bǔ)償。這種補(bǔ)償值是通過對(duì)8個(gè)以上工件進(jìn)行加工時(shí)獲得的測(cè)量曲線取平均值計(jì)算得出。此后,工件的測(cè)量曲線將用補(bǔ)償后的包絡(luò)曲線加以評(píng)判。在切削過程中,刀具會(huì)不斷磨損,因此需要隨時(shí)對(duì)包絡(luò)曲線進(jìn)行補(bǔ)償,以與刀具的磨損相適應(yīng),故通常將這種曲線稱為“滑移曲線”。

    MiKron圓盤式節(jié)拍自動(dòng)機(jī)床的操作工Otto Halama這樣描述噴管體的制造過程:通常,除監(jiān)控鉆頭破損外,我們還可以通過Nordman系統(tǒng)將預(yù)加工量控制在0.02mm以內(nèi),同時(shí)還能檢測(cè)出鉆頭的磨損是否均勻。當(dāng)測(cè)量剛開始時(shí),如測(cè)量值的分布明顯呈分散狀態(tài),則意味著鉆頭磨損加大,機(jī)床刀具軸的軸承存在缺陷。如測(cè)量曲線數(shù)值的分散度過大,也會(huì)導(dǎo)致包絡(luò)曲線上、下極限值發(fā)生波動(dòng)。

    在MiKron的Dico-18型機(jī)床的加工過程中,當(dāng)更換了新刀具后,刀具監(jiān)控器的測(cè)量曲線會(huì)忽左忽右地?cái)[動(dòng),此外,用鋒利的新刀具加工時(shí)測(cè)出的曲線值一般偏低。因此,每當(dāng)?shù)毒吣p進(jìn)行更換后,滑移包絡(luò)曲線都需要通過重新自學(xué)習(xí)而設(shè)定新的閾值,并隨時(shí)將采集到的加工測(cè)量數(shù)據(jù)與通過自學(xué)習(xí)設(shè)定的閾值進(jìn)行比較,這里,一般會(huì)將未更換鋒利刀具以前測(cè)得的包絡(luò)曲線向下調(diào)整。對(duì)于某個(gè)單一的加工工位而言,這種“自適應(yīng)學(xué)習(xí)”過程可通過“菜單”來設(shè)定,但為了方便起見,在刀具監(jiān)控器的右側(cè)還設(shè)置了帶工位數(shù)的操作鍵。當(dāng)處于某一加工工位時(shí),可在對(duì)已加工孔的測(cè)量曲線進(jìn)行求平均值處理的基礎(chǔ)上,一邊觀測(cè),一邊操作對(duì)應(yīng)工位的按鍵,即可對(duì)包絡(luò)曲線進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定,隨后再重新啟動(dòng)加工過程。

    在MiKron的Dico-18型機(jī)床上,通過測(cè)量曲線的分散值,也可以觀測(cè)出加工刀具的磨損狀況。應(yīng)將有功功率測(cè)量曲線的分散值控制在一定范圍內(nèi),該范圍是通過對(duì)一定量的工件測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得出的,并可在刀具監(jiān)控器上繪制出趨勢(shì)圖。

    盡管有功功率測(cè)量曲線所設(shè)定的包絡(luò)曲線范圍很窄,但偶爾也可能出現(xiàn)這種情況,即當(dāng)鉆頭直徑很小時(shí)(如小于1mm),雖然鉆頭發(fā)生了微小破損,但通過有功功率測(cè)量卻無法識(shí)別。此時(shí),就需要采用聲發(fā)射液體傳聲檢波器,其工作原理為:當(dāng)在工件或刀具的金屬固體材料上出現(xiàn)微小破損時(shí),會(huì)發(fā)出一種特殊的、類似喀吱聲的噪音,從而在金屬固體材料內(nèi)部形成可傳播的聲波,再通過加工中使用的冷卻潤(rùn)滑介質(zhì)作為聲波導(dǎo)體進(jìn)行傳播,最終被聲發(fā)射液體傳聲檢測(cè)器所接收。流體傳遞聲波具有傳播頻率范圍大、干涉損失小、信號(hào)失真小等特點(diǎn)。在MiKron圓盤式節(jié)拍自動(dòng)機(jī)床上,通過有功功率的測(cè)量,可對(duì)所有的工位進(jìn)行監(jiān)控,包括對(duì)直徑從0.8mm縮小為0.4mm的錐形氣門座這種精密工件的加工過程進(jìn)行監(jiān)控。但是,只有采用在機(jī)床上附加安裝的聲發(fā)射液體傳聲檢波器,才能對(duì)加工中因刀具刀尖的微小破損而引起的聲波頻率變化進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。當(dāng)然,這種測(cè)量和監(jiān)控也比較困難,因?yàn)閷?duì)于微小孔的加工而言,4mm的直徑已經(jīng)算是相當(dāng)大了,即使用這種直徑的鉆頭進(jìn)行鉆削加工,其噪聲頻率也已經(jīng)相當(dāng)高了。

    在加工錐形氣門座時(shí),為了監(jiān)控鉆頭刀尖部位的破損,有兩種方法可供選擇:一是安裝油噴射射流變頻器;二是安裝聲波反射傳感器。

    加工過程監(jiān)控是一項(xiàng)復(fù)雜而困難的任務(wù),監(jiān)控器通過自適應(yīng)學(xué)習(xí),可繪制出加工過程中AE、功率等參量變化的實(shí)時(shí)曲線。除了各類傳感器、監(jiān)控器以外,軟件及數(shù)據(jù)處理技術(shù)也至關(guān)重要,只有通過機(jī)床生產(chǎn)商與用戶之間的密切合作,才能有效地解決這一難題

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