自動(dòng)化必備要素：刀具監(jiān)視系統(tǒng)、夾具檢測機(jī)構(gòu)

一往冇前

隨著部件功能和精度要求進(jìn)一步提高，自動(dòng)化綜合性加工任務(wù)要求機(jī)床設(shè)備能力也要得到不斷地改進(jìn)，以此實(shí)現(xiàn)更好的可靠性。對(duì)此，僅依靠對(duì)機(jī)械性能的優(yōu)化已經(jīng)不能滿足要求，停機(jī)時(shí)間、設(shè)備故障率、殘次品成本和測量與檢驗(yàn)等各項(xiàng)費(fèi)用均成為了企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

刀具監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用分析

機(jī)床的基礎(chǔ)性能決定了產(chǎn)線的基本配置，然而實(shí)際的加工效果則需要刀具來保證。在主軸與刀柄之間哪怕存在著極微小的異物，也會(huì)造成銑鏜刀具裝卡不準(zhǔn)確，導(dǎo)致次品率上升和停機(jī)事故頻發(fā)，傳感器輔助的監(jiān)視系統(tǒng)可以有效阻止此類事故的發(fā)生。

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以傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件為例，此類部件必須實(shí)現(xiàn)高精度加工，以達(dá)到高效運(yùn)行并確保最大的安全性能。但是，一旦切屑和廢料等異物進(jìn)入到加工接觸面，銑床的精度就會(huì)喪失殆盡。異物將會(huì)在接觸面上沉積下來，并在各接觸面之間生成一條縫隙。

▲汽車傳動(dòng)部件

在以復(fù)合加工工藝和聯(lián)合機(jī)床為特征的批量加工汽車產(chǎn)品部件時(shí)，單臺(tái)設(shè)備和流程均可對(duì)整條生產(chǎn)流水線的加工過程和質(zhì)量產(chǎn)生影響。因裝夾精度不足而造成的機(jī)床加工誤差往往要到下一道質(zhì)量控制環(huán)節(jié)時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)。除了產(chǎn)生殘次品部件之外，這樣的事件還會(huì)導(dǎo)致單臺(tái)設(shè)備或整條生產(chǎn)線的停機(jī)。同時(shí)，查找和排除故障、識(shí)別工件和重新運(yùn)行所需跟蹤時(shí)間都會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用。

▲監(jiān)視系統(tǒng)被集成到刀具主軸上，由此該電子組件可以在旋轉(zhuǎn)的主軸上自行工作

1、通過采用監(jiān)視系統(tǒng)來規(guī)避誤差

在切削加工過程中避免殘次品和停機(jī)事故的辦法是對(duì)機(jī)床設(shè)備的特征進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視。其目標(biāo)便是對(duì)誤差進(jìn)行早期識(shí)別，對(duì)可能造成的損傷進(jìn)行規(guī)避，并采取整治措施。對(duì)此還可采用基于動(dòng)壓測定原理的成熟的系統(tǒng)。在更換刀具之后，可以對(duì)壓縮空氣吹洗通道的壓力進(jìn)行求值。如果在刀具和刀柄之間出現(xiàn)間隙的話，壓力就會(huì)隨著間隙的加大而降低。通過這種原理，可以對(duì)大于30 μm的間隙進(jìn)行測定。

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由于部件的精度在提高，高精度傳感器可以起到很好的輔助作用。它可以對(duì)刀具狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視。這種測量技術(shù)可以以微米級(jí)的精度對(duì)刀具的位移進(jìn)行測定，記錄偏差數(shù)值并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以免制造出有誤差的部件。

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▲高精度傳感系統(tǒng)的構(gòu)造

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帶有空心錐桿（HSK）的刀柄在裝夾時(shí)的定位和可重復(fù)精度取決于主軸與刀柄接觸面的貼合程度和貼合精度，這也是為何刀具連接處對(duì)異物非常敏感的原因。切屑主要是在更換刀具時(shí)被帶入，但在刀具庫里，接觸面也會(huì)受到污染。例如冷卻潤滑劑的殘余物凝固之后便會(huì)在刀柄接觸面上形成一個(gè)污物膜。事實(shí)上，在刀具更換過程中可以采取空氣吹洗作業(yè)。

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▲吹氣清潔：接觸面上的不同氣流速度分布導(dǎo)致不均勻的清潔效果

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▲異物進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致刀具傾覆、軸位移

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在加工質(zhì)量方面，決定性因素在于異物對(duì)刀具位置和刀具中心點(diǎn)(TCP)位置的影響。根據(jù)異物的不同尺寸、形狀和位置，在刀具接觸點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生某種同圓度誤差，而原因可能在于刀具發(fā)生傾斜或發(fā)生軸位移，以TCP在接觸面上產(chǎn)生可測量間隙和相應(yīng)位移的方式表現(xiàn)出來，因此可以利用這個(gè)結(jié)論來對(duì)監(jiān)視刀具在接觸面上的測距傳感元件進(jìn)行最佳布置。

夾具檢測機(jī)構(gòu)的應(yīng)用示例
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以前對(duì)夾具的要求可能只是定位精確、夾緊穩(wěn)定，但隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)，自動(dòng)化、智能制造等趨勢其實(shí)也從側(cè)面對(duì)夾具提出了新的要求，必須要與機(jī)床進(jìn)行信號(hào)交互，包括工件到位檢測，加緊檢測，位置漂移檢測，工件識(shí)別等。在此我們從一些常見的元件舉例分析。

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1、氣檢定心機(jī)構(gòu)

定心機(jī)構(gòu)在面對(duì)鋁合金件等輕型零件、或者外徑較小的零件時(shí)，可以代替常規(guī)銷/卡盤等部件，較為精準(zhǔn)的應(yīng)用。定心機(jī)構(gòu)用于自動(dòng)線時(shí)也需要加上檢測功能，將氣檢的開關(guān)閥集成到三點(diǎn)定心機(jī)構(gòu)，在輪轂加工的自動(dòng)線夾具中使用效果良好。

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2、氣檢的內(nèi)外徑夾具

▲外徑夾具結(jié)構(gòu)

外徑夾具動(dòng)作說明：工件以耳形對(duì)應(yīng)指示點(diǎn)放入后，以底面靠山（紫色標(biāo)注）作為基準(zhǔn)，夾套邊夾緊邊和工件一起后移，從而使定位面更好的貼合基準(zhǔn)面。

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▲內(nèi)漲式夾具結(jié)構(gòu)

內(nèi)漲夾具動(dòng)作說明：工件放入后，以底面靠山（藍(lán)色標(biāo)注）作為基準(zhǔn)，漲套邊漲緊，邊和工件一起后移，從而使定位面更好的貼合基準(zhǔn)面。

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以上兩種后拉式心軸氣檢夾具如下特點(diǎn)：漲套邊漲緊邊和工件后移可以糾正工件放置的一些偏差；在一定尺寸范圍內(nèi)，更換同類型產(chǎn)品，只需更換基礎(chǔ)件及漲套即可，減少因產(chǎn)品更換原因產(chǎn)生的時(shí)間以及經(jīng)濟(jì)成本。設(shè)置檢測氣孔，在有積屑以及其他導(dǎo)致未貼近基準(zhǔn)面的狀況下，報(bào)警停機(jī)，防止精度超差產(chǎn)品產(chǎn)生；配備氣密檢測功能，如果工件安裝時(shí)工件軸線和主軸軸線偏離，氣體會(huì)溢出觸發(fā)壓力檢測器，送出信號(hào)到機(jī)床控制系統(tǒng)，并可以產(chǎn)生提示信號(hào)強(qiáng)制機(jī)床停機(jī)，起到了自動(dòng)化防錯(cuò)作用。

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以上應(yīng)用及案例中可以看出，刀具使用監(jiān)視系統(tǒng)后能夠精確的反映實(shí)時(shí)的夾持狀態(tài)，避免未及時(shí)發(fā)現(xiàn)的加工誤差；夾具配合使用氣密檢測以后可以隨時(shí)實(shí)時(shí)檢測工件定位的精準(zhǔn)性，排除雜屑和異物進(jìn)入導(dǎo)致的工件報(bào)廢。因此刀具監(jiān)視系統(tǒng)、夾具檢測系統(tǒng)是穩(wěn)定性生產(chǎn)的重要支撐，也是自動(dòng)化的必備要素。

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