分析5轴检验在模具制造过程中的应用

小黄豆

在模具制造过程中，采用5轴检验能够在测量速度和精度方面带来同样的好处吗？

在测量具有多种特点的零件（如传动系统中的元件和复杂的双曲面零件，其中包括机翼和涡轮机叶片等零件）时，采用5轴测量头和探针测量系统可以给人们带来意想不到的测量结果。例如，在测量一个飞机发动机零件时，其所耗费的时间已经从原来的46min降低到4.5min，而检测汽车12个阀座和汽缸盖导向孔所需的时间从原来的30min减少到不足3min。在看到这些检测结果以后，许多模具制造商提出了这样一个问题：采用5轴检测能否为他们的公司在检测速度和精度方面带来同样的好处吗？

5 C& Q  v6 Q* R1 q2 Z3 Z快速检测的含义

: X1 W4 w8 r/ v5 j  M2 P7 H$ K/ Y- {) b为了回答这个问题，首先要了解在实际生产操作中是如何达到快速检测的，这一点十分重要。采用普通3轴扫描测量法的主要限制是在非迪卡尔轨道测量中，任何想要快速移动大质量坐标测量机（CMM）的企图，可能会因为加速度和减速度而导致惯性误差。因此，唯一可以保持测量精度的方法是降低检测速度。

. i# r: G- _5 T  G5 T1. 5轴检验的优点
5 C6 r! {: F) z2 y$ Z# y
( ]) V2 m3 \1 V( B+ X0 ^在5轴检验中，节约时间的关键是必须要能够克服上述这种限制。该技术采用同步化测量头，并在扫描过程中让测量机运动，允许测量探针随着零件几何形状的变化而迅速移动，这样就不会带来动态误差。因此，在这种情况下CMM坐标测量机就能够以恒定的速度运动，并同时进行测量，不会对测量的精度产生影响。
- g% W: Y( a  q  P  d! q3 Z
1 [8 A; e& i2 d" W- y5 m# ^# [采用5轴检测的第二个优点是，由于其使用了尖端传感式测量探针，因此使其测量精度有所提高。大部分模具制造商都熟悉采用5轴加工的方法，而且也了解使用较短刀具的好处。

9 G) p+ |/ m) ]3 T由于5轴加工机床能够使加工头降低到零件的位置，然后使刀具针对工件表面的方向，因此使其有可能达到上述目标。在3轴加工中，必须采用较长的刀具，才能到达工件的表面，因此其测量精度较低。而采用同样的方法，5轴检验的测量非常接近于零件的表面。这意味着在这里可以使用较短的测量探针，因此其所获得的检验精度也相对较高。

4 v4 o+ P/ l6 A2.应用软件

由于这里需要采用最新的扫描技术，因此5轴检测的成功应用也要求使用适当的检测软件/程序，以支持新型探针的使用，并验证各主要CMM坐标测量机制造过程中所需的各种几何形状和自由形状。
+ Q' x( j  ^$ U支持探针检测的检验程序用来验证各主要CMM坐标测量机制造过程中的几何形状和自由形状
& V: t* D" y' P1 N$ Y# y) g* H多年来，在生产移动测量臂系统的过程中，由于取得了相当丰富的经验。因此，CMM坐标测量机5轴检验所需的开发从中吸取了很多宝贵的经验。由于测量臂具有灵敏的伸缩性，测量探针能够不断地改变它们的方向，所以这些测量装置能够进行多轴检测，支持其检验的软件需要有能力处理由探针所检测到的测量值。同样，激光扫描器在这些测量臂上的使用也要求配置适当的软件，以便能够对产生的大量数据进行处理。这类测量系统可应用5轴检测来处理由CMM坐标测量机获取的大量测量数据。

5轴检验程序的开发也采用了起初用于支持5轴加工的相关技术。同时，也使用了类似的程序驱动5轴运动，由于在加工系统中，能够结合采用经过验证的 5轴模拟技术和防碰撞检测技术，因此这种新的检验软件也从这里吸取了不少经验。同样，还可以采用计算机模型来模拟加工工艺，从而开发了大量的通用型CMM 坐标测量机，以便对整个系统的操作进行监控，而不只是对零件周围探针运动的监控。这一切能够使其在CMM坐标测量机上运行之前进行全面的检验，并在计算机上进行脱机测试。因此，用户可以确信，检验程序将能够安全地非常有效地运行，不会发生任何碰撞，从而导致探针和零件的损坏。
0 S8 B+ A9 n$ ]# \  _0 M8 c% x4 q
: Y- p4 d3 o: F& d& s1 m模具的应用

% D$ J/ |( V9 i! x% M: G8 L2 c模具制造商能否像复杂的航空航天和汽车零件制造商那样从5轴检验方法中获得同样的好处，将取决于模具的大小和复杂程度。对于制造大型模具，特别是型腔很深的模具制造商而言，由于能够使用较短的尖端传感式探针，因此采用5轴检测方法可以获得更精确的测量结果。对于制造小型和比较简单的模具制造商而言，采用3轴CMM坐标测量机就可以提供比较完美、合适的检验报告。但随着应用领域的不同，也可能会发生很大的变化。因此，至少也应该对5轴测量技术进行调研，以确定是否有可能增加其测量速度。

凡是制造设计复杂的零件的模具制造商，和那些对表面需要特别精密加工的企业而言，采用5轴测量系统可以获取更多的测量值，其测量的速度也更为快捷，从而可以为他们的客户完成更全面的检验报告。这对于那些生产大型模具和复合元件，如生产风力涡轮发电机或卡车驾驶舱和挡板的制造商而言，采用这样的检验方法也是特别重要的。
. w% l% E1 r8 B- v* f5 x
模具的整体检验
/ }2 u7 b7 s7 v3 ^! [
对于需要生产带有咬边的零件的企业而言，采用这样的测量工具也有很大的一个好处。因为3轴CMM坐标测量机只能测量模具中的单一元件，当整个模具组装以后，它就无法达到咬边区域进行测量。而采用5轴方法进行检测，可以达到模具的任何测量部位，这样有利于公司为客户提供更全面的检验报告。