微孔加工的在線監控
2014-1-5 來源：數控機床市（shì）場網 作者：-
內燃機燃油噴嘴所承受（shòu）的壓力高達2000BAR，因此對（duì）其加工精度提出了極高要求，其中（zhōng）包括機床的製造精度以及（jí）對（duì）刀具在加工中的狀態進行有效而可靠（kào）的監控。
位於（yú）德國BAMBERG的羅伯特－博世公司（ROBERTBOSCH）在20世紀發（fā）明了燃油噴射泵，無（wú）論采用何種增壓係統（如泵／噴油嘴或柴油機進氣噴油係統），燃油都必須經壓縮後（hòu）進入噴管體。噴管（guǎn）體（tǐ）內有一微孔（kǒng），當各汽缸（gāng）的工作（zuò）狀（zhuàng）態處於壓（yā）縮行程時，這些微孔將通過噴嘴針閥被開啟或關閉，噴嘴針閥與噴管體之間的間隙公差僅（jǐn）為幾個微米。
工件經過鑽削加工後還需要進行磨削（xuē），為了避免磨削細長工件時產（chǎn）生彈性彎曲變形，磨削加工過程不宜過長，這就要求工件在初加工後（hòu），公差就基（jī）本達到設（shè）計要求，最後隻需進行磨光處理。
博世公司在加工噴管體時，工件在磨削加工之（zhī）前就在（zài）MIKRON圓盤式節拍自動機（jī）床上用鑽頭和鉸刀對孔進行了初加工。MIKRON機床（尤其是瑞士式加工機床）為眾多精密機床製造商和用戶所熟知。在精密製造行業中，除了加工機床的（de）精度極高（gāo）以外，所使用（yòng）的刀具（jù）同樣具有製（zhì）造精度高且幾何尺（chǐ）寸（cùn）極小的（de）特點。
多年來，MIKRON機床一直采用由HüRTH公司提供的NORDMAN刀具（jù）監控器。該設備是迄今為（wéi）止人們找到的一種可對難以檢測部位實施（shī）監控（如對（duì）直徑小於0.1MM微小孔加（jiā）工過程的監控）的有效工具。這裏，為了實現對工件和刀具在加工過程中所產生聲（shēng）波的測量，是將冷卻潤滑介質的射流束（shù）作為聲波的傳導體（tǐ），由液體傳聲檢波（bō）器予以接收。而在（zài）測量有功功率時，則可根據主軸的驅（qū）動（dòng）情況，通過信號總線進行數字測量，或在刀具監控器上進行三（sān）相模擬測量。
博世公司主要通過測量加工機床的有功功率（lǜ）來對其進行監控，其原因是，在（zài）靠近加工刀（dāo）具的位（wèi）置排（pái）列安裝（zhuāng）了冷卻潤（rùn）滑介（jiè）質噴（pēn）嘴，在（zài）狹小的空間內難以再（zài）安裝用於刀具監控的其它機（jī）械探頭。
測得的機床刀（dāo）具軸的有功功率曲線（xiàn）通常由（yóu）線性（xìng）的上極限和下極（jí）限（即包絡曲線）的形式給出。下極限一般總是位於鋒利刀具測量曲線的下方，而上極（jí）限始終在不鋒利刀具測量曲線的上方（fāng）。在博世公（gōng）司，人們希（xī）望測量曲線始終處於一個較窄的、均勻的區間內。然而（ér），這（zhè）並不僅僅取決於刀具是否鋒利，在切削加工（gōng）過程中，刀具（jù）出現一些極微小的破損，或其他一些突變（biàn）因素，都會引起測量曲線發生變（biàn）化。由於包絡曲線的上、下極限（xiàn）之間有一定的寬度要（yào）求，這就（jiù）需要對測（cè）量曲線中因（yīn）刀具磨損而（ér）發生變化的部分予以補償。這種補償值是通（tōng）過對8個以上工件進行加工（gōng）時獲得的測量曲線取平均值計（jì）算得出。此後，工件的測量曲線將（jiāng）用補償後的包絡曲線加以（yǐ）評判。在切削過程中，刀具會不斷磨損，因此需要隨時對包絡曲線進行補償，以與刀具（jù）的磨損相適應，故通常將這種曲線稱為“滑移曲線”。
MIKRON圓盤式節拍自動機床的操作工OTTOHALAMA這樣描述噴管體的製造過（guò）程：通常，除監控鑽頭破損外，我們還可以通過NORDMAN係統將預加工量控製在0.02MM以內，同時還能檢測出鑽頭的磨損是否均勻。當測量剛開始時，如測量值的分布明顯呈分散狀態，則（zé）意味著鑽頭磨損加大，機床刀具（jù）軸的軸承存在缺陷。如測量曲線數值的（de）分散度（dù）過（guò）大，也會（huì）導致（zhì）包絡曲線上（shàng）、下極限值發（fā）生波動。
在MIKRON的DICO－18型機床的加工過程中，當更換了新刀具後，刀（dāo）具監控器的測量曲線會忽左忽右地擺動（dòng），此（cǐ）外，用鋒利的新刀（dāo）具加工時測出的曲線值一般偏低（dī）。因此，每當刀具磨損進行更（gèng）換後，滑移包絡曲線都需要通（tōng）過重新自學習而設定新的閾值，並隨（suí）時將采集到的加工測量數據與（yǔ）通過自學習設定的閾值進行比較，這裏，一般會將未更換鋒利刀（dāo）具以前測得的包絡曲線向（xiàng）下調（diào）整。對於某個（gè）單一的加工工位而言，這種“自適應學習”過程可通過“菜單”來設定，但為了方便起見，在刀具（jù）監控器的右側還設置了帶工位數的操作鍵。當處於某一加工（gōng）工位時，可在對已加工孔的測量曲線進行（háng）求平（píng）均值處理的基礎（chǔ）上，一邊（biān）觀測，一邊操作對應（yīng）工位的按鍵，即可對包絡曲線進行調整（zhěng）和設定，隨後再重新啟動加工過程。
在（zài）MIKRON的（de）DICO－18型機床上（shàng），通過測量曲線的分散值，也可以觀測（cè）出加工刀具的磨損（sǔn）狀況。應將有功功率測（cè）量曲線的分散值控製在一（yī）定範圍內（nèi），該範圍是通過對一定量的工件測量數據進行處理後得出的，並可在刀具監控器上繪製出趨勢圖（tú）。
盡管有功功率測量曲線所設定的包絡曲線範圍很窄，但偶爾（ěr）也可能出現這種（zhǒng）情況，即當鑽頭（tóu）直徑很小時（如小於1MM），雖然鑽頭發生了微小破損，但通過有功功率測量卻無法識別。此時，就需要采用聲發射液體（tǐ）傳聲檢（jiǎn）波器，其工作原理為：當在工件或刀具的金屬固體材料上出現微小破（pò）損時，會發出一種特殊的、類似喀吱聲的噪音，從而（ér）在金屬（shǔ）固體材料內部形成可傳播的聲波，再通過加工（gōng）中使用的冷卻潤滑介質作為聲波導體進（jìn）行傳播，最終被聲（shēng）發（fā）射（shè）液（yè）體傳聲檢測（cè）器所接（jiē）收。流體傳遞（dì）聲波（bō）具有傳播頻率範圍大、幹涉損失（shī）小、信號失真小等特點。在MIKRON圓盤式節拍自（zì）動機床上，通過有功功率的測量，可對所（suǒ）有的工位進行監控，包括（kuò）對直徑從0.8MM縮小為0.4MM的錐（zhuī）形（xíng）氣（qì）門座這種精密工件（jiàn）的加工過程進行監控。但是，隻有采用在機床上附加安裝的聲發射液體傳聲檢（jiǎn）波器，才能對加工中因刀具刀尖的微（wēi）小破損而引起的聲波頻率變化進（jìn）行（háng）測量和監控。當然，這種測（cè）量和監（jiān）控也比較困（kùn）難，因為對於微小孔的加工而言，4MM的直徑（jìng）已經算是相當大了，即使用這種直徑的鑽頭（tóu）進行鑽削加工，其噪聲（shēng）頻率也已經相當高了。
在（zài）加工錐形氣門座時，為（wéi）了監控鑽頭刀尖部位的破損，有兩種方法可供選擇：一是安裝油噴射射流變頻器（qì）；二是安裝聲波反（fǎn）射傳感器。
加工過程監控是一項複（fù）雜而困（kùn）難的任務，監控器通過自適應學習，可繪製（zhì）出加工（gōng）過程（chéng）中AE、功率等參量變化的實時曲線（xiàn）。除了各類傳感器、監控器以外，軟件及數據（jù）處理技術也至關重要，隻有通過機床生產（chǎn）商與（yǔ）用戶之間（jiān）的密切合作，才能（néng）有效地解決這一難題。
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