目前模具必不可少的助手－－三坐标测量机

小黄豆

三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式与非接触式两种，目前Metris LK的测量机在两项技术上位居世界前列。  
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   模具的型芯型腔与导柱导套的匹配如果出现偏差，可以通过三坐标测量机找出偏差值以便纠正。在模具的型芯型腔轮廓加工成型后，很多镶件和局部的曲面要通过电极在电脉冲上加工成形，从而电极加工的质量和非标准的曲面质量成为模具质量的关键。因此，用三坐标测量机测量电极的形状必不可少。  
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. |2 {1 y& E- |; p# g+ Y( X   三坐标测量机可以应用3D数模的输入，将成品模具与数模上的定位、尺寸、相关的形位公差、曲线、曲面进行测量比较，输出图形化报告，直观清晰的反映模具质量，从而形成完整的模具成品检测报告。  

   在某些模具使用了一段时间出现磨损要进行修正，但又无原始设计数据（即数模）的情况下，可以用截面法采集点云，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，从而达到完好如初的修复效果。  

" `  x7 t) S( `% o   当一些曲面轮廓既非圆弧，又非抛物线，而是一些不规则的曲面时，可用油泥或石膏手工做出曲面作为底胚。然后用三坐标测量机测出各个截面上的截线、特征线和分型线，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，在造型过程中圆滑曲线，从而设计制造出全新的模具。  

   正确使用三坐标测量机对其使用寿命、精度起到关键作用，应注意以下几点。  

  （1）工件吊装前，要将探针退回坐标原点，为吊装位置预留较大的空间；工件吊装要平稳，不可撞击三坐标测量机任何构件。  
  （2）正确安装零件，安装前确保符合零件与测量机的等温要求。  
# E* Z3 G: u) E7 y  （3）建立正确的坐标系，保证所建的坐标系符合图纸的要求，才能确保所测数据准确。  
2 ]7 k3 y! `  z- l8 o- W. O  N* J  （4）当编好程序自动运行时，要防止探针与工件的干涉，故需注意要增加拐点。  
  S7 x' Z/ V0 `3 J  _$ H. {  （5）对于一些大型较重的模具、检具，测量结束后应及时吊下工作台，以避免工作台长时间处于承载状态。  

" s. a- N" r$ ~   模具理想的数字化工具  

   1974年美国Brown & Sharpe推出全球第一台数控测量机，之后PC-DMIS率先把强大的CAD功能引入测量软件，从此三坐标测量机就以其高精度高柔性以及优异的数字化能力，成为现代制造业尤其是模具工业设计、开发、加工制造和质量保证的重要手段。我侧重谈一下测量机对于模具工业的两个重要作用。  
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   第一， 测量机能够为模具工业提供质量保证，是模具制造企业测量和检测的最好选择。测量机在处理不同工作方面的灵活性以及自身的高精度，使其成为一个主仲裁者。在为过程控制提供尺寸数据的同时，测量机可提供入厂产品检验、机床的校验、客户质量认证、量规检验、加工试验以及优化机床设置等附加性能。高度柔性的三坐标测量机可以配置在车间环境，并直接参与到模具加工、装配、试模、修模的各个阶段，提供必要的检测反馈，减少返工的次数并缩短模具开发周期，从而最终降低模具的制造成本并将生产纳入控制。  

   第二， 测量机具备强大的逆向工程能力，是一个理想的数字化工具。通过不同类型测头和不同结构形式测量机的组合，能够快速、精确的获取工件表面的三维数据和几何特征，这对于模具的设计、样品的复制、损坏模具的修复特别有用。此外，测量机还可以配备接触式和非接触式扫描测头，并利用PC-DMIS测量软件提供的强大的扫描功能，完成具备自由曲面形状特征的复杂工件CAD模型的复制。无需经过任何转换，可以被各种CAD软件直接识别和编程，从而大大提高了模具设计的效率。  
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1 Y& J: r' H0 G/ l8 j   具体来说，在模具制造企业中应用测量机完成设计和检测任务时，要密切关注测量基准的选择、测头的标定和选择、测点数及测量位置的规划、坐标系的建立、环境的影响、局部几何特征的影响、CNC控制参数等多方面的因素。这当中的每一个因素，都足以影响测量结果的精确和效率。海克斯康在中国拥有3000余家客户操作培训的长期经验，形成了一整套从初级、中级到高级培训的完整体系，我们对于正确使用测量机的理解如下。  
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   首先，选用适宜的设备和正确的检测策略。并且要经过必要的论证，从精度、效率和测量手段等方面衡量测量机是否满足工作目标的需要。  

   其次，测量人员要经过必要的培训，熟悉测量目标并能够胜任工作的需要。  
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/ m. S" t3 R8 `( {# Z   此外，应当对所有的测量设备和测量过程的技术指标进行定期评价和总结。  
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& ], l' r8 L' p0 G4 P   最后，论证测量结果的一致性。  
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: ~, s. V7 w5 p% N% ]   模具工业必不可少的关键设备  
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   随着现代制造业的迅猛发展，特别是汽车制造业的发展，对模具设计和制造的要求也日益提高，三坐标测量机已成为模具制造中必不可少的关键设备。  
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* O/ B" J1 w; k$ L8 i0 L6 [6 i- }   三坐标测量机是精密的数控检测设备，其精度高于一般的数控机床，被广泛应用在模具、汽车、航空、航天、机械等制造业，可对产品的几何尺寸和形位公差进行精确检测。在美国和欧洲的工业发达国家，测量机已经非常普及，大约每七台数控机床要配备一台三坐标测量机。  

   三坐标测量机除了具备常规的几何尺寸和形位公差检测功能外，在逆向工程技术和曲面坐标检测方面具有特殊的优势，非常适于模具制造业。逆向工程技术是根据已经存在的产品模型或样品，经过三坐标测量机对各项几何尺寸和曲面的测量，反向推出产品设计数据（数字模型或设计图纸）的过程。因此利用逆向工程技术，就可以根据客户提供的样件很方便地制造出模具或直接加工出产品，这在模具制造、汽车、摩托车等行业中有广泛的应用。  

5 e9 V; C* t4 ~, B; A: m; r9 @   三坐标测量机作为数字化的测量设备，通过曲线和曲面的测量可获取工件表面的三维坐标数据，再利用逆向工程CAD技术获得产品的CAD数学模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。逆向工程技术用先进的计算机数字图形技术表达复杂的工件形状，可取代以实物为基础的传统的外形传递方法，缩短产品的开发试制周期，降低成本。  
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   在模具制造业，大多数模具都是按照CAD数学模型在数控机床上制造完成的，它与原CAD数学模型相比，确定其在加工制造中产生的误差，就需用三坐标测量机进行测量。在三坐标测量机的软件系统中可以用图形方式显示原CAD数学模型，再按照可视化方式从图形上确定被测点，得到被测点的X、Y、Z坐标值及法向矢量，便可生成自动测量程序。三坐标测量机可按法线方向对工件进行精确测量，获得准确的坐标测量结果，也可与原CAD数学模型进行比较并以图形方式显示，生成坐标检测报告（包括文本报告和图表报告），全过程直观快捷，而用传统的检测方法则无法完成。  

4 e  A- C* T9 _4 x/ w* u) M   使用三坐标测量机可减少测量误差，保证产品的精度和质量，满足设计与制造的需要，对提高产品的市场竞争力具有重要推动作用，对模具制造业的技术进步有很大的促进作用，因此三坐标测量机在模具制造业中有十分广阔的应用前景。