數(shù)控加工中，零件測(cè)量貫穿整個(gè)過(guò)程，為檢驗(yàn)零件質(zhì)量、優(yōu)化加工工藝以及后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程提供依據(jù)，具有重要意義。隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)量技術(shù)也得到了非常迅猛的發(fā)展。在一些制造環(huán)節(jié)中，具有高測(cè)量精度的測(cè)量機(jī)已經(jīng)逐漸替代了傳統(tǒng)的量具測(cè)量，無(wú)論是在測(cè)量精度還是在測(cè)量效率方面都得到了極大的提高。通過(guò)測(cè)量機(jī)對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量是一種典型的離線測(cè)量形式。近年來(lái)，隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在線測(cè)量成為可能，在線測(cè)量技術(shù)也得到了一定的發(fā)展。

　　在線測(cè)量技術(shù)是指通過(guò)在線測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件加工后保持位置不變、直接對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)。在線測(cè)量系統(tǒng)一般是在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)集成測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。在線測(cè)量是相對(duì)于離線測(cè)量而言的，離線測(cè)量是指零件加工后搬運(yùn)到指定地點(diǎn)通過(guò)固定的測(cè)量設(shè)備對(duì)所加工零件進(jìn)行測(cè)量。由于加工與測(cè)量不是同步進(jìn)行的，離線測(cè)量往往要對(duì)零件進(jìn)行搬運(yùn)、重復(fù)裝夾等操作。相比較而言，在線測(cè)量適用情況更廣、生產(chǎn)效率更高，是實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。　　

根據(jù)測(cè)量方式的不同，在線測(cè)量可分為接觸式在線測(cè)量和非接觸式在線測(cè)量2種。隨著數(shù)控機(jī)床測(cè)頭技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工的接觸式在線測(cè)量技術(shù)的硬件系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)相對(duì)較成熟。但是，由于各方面因素的制約，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)對(duì)在線測(cè)量技術(shù)缺乏認(rèn)識(shí)，在線測(cè)量技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。特別是對(duì)于航空結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)而言，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、高精度的加工要求、不穩(wěn)定的加工工藝、難度大的加工特性以及昂貴的成本都需要對(duì)零件進(jìn)行全生產(chǎn)周期的監(jiān)控，并且需要更先進(jìn)的測(cè)量手段來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)難量零件的測(cè)量，在線測(cè)量技術(shù)就成了保證零件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的一個(gè)重要手段。

　　在線測(cè)量的系統(tǒng)組成充分利用數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)及加工平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司數(shù)控加工廠聯(lián)合清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)及西北工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)了接觸式在線測(cè)量系統(tǒng)，并且進(jìn)行了工程化應(yīng)用的探索，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。本文正是基于此系統(tǒng)對(duì)在線測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分析討論的。

　　數(shù)控加工系統(tǒng)宏觀上由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的連接。其中，典型的硬件系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)和一些相關(guān)的附屬系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)是發(fā)展相對(duì)成熟的數(shù)控程編軟件模塊和一些相關(guān)后置處理軟件。

　　與數(shù)控加工系統(tǒng)相比，在線測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)主要依托數(shù)控加工系統(tǒng)，所以在線測(cè)量系統(tǒng)與數(shù)控加工系統(tǒng)有很多相似之處。如圖1所示，本文涉及的接觸式在線測(cè)量系統(tǒng)是基于數(shù)控程編軟件進(jìn)行再開(kāi)發(fā)、利用數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，其軟硬件系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)連接。類似于數(shù)控加工系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)的主體是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)和測(cè)頭；軟件系統(tǒng)是通過(guò)再開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)類似于數(shù)控程編的在線測(cè)量程編，得到機(jī)床能夠識(shí)別進(jìn)行測(cè)量的NC代碼。

在線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用流程

　　在線測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用對(duì)數(shù)控加工流程產(chǎn)生了一定的影響。這主要體現(xiàn)在測(cè)量與加工的即時(shí)反饋上。隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控加工一離線測(cè)量的制造流程已經(jīng)發(fā)展得相對(duì)成熟，這也是一種實(shí)際應(yīng)用廣泛的制造流程。圖2所示為一種典型的數(shù)控加工一離線測(cè)量的制造流程。數(shù)控加工-離線測(cè)量的制造流程中，加工系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的，測(cè)量是對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)的一種手段。

　　對(duì)于數(shù)控加工一在線測(cè)量系統(tǒng)而言，加工系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)是統(tǒng)一的，其具體流程如圖3所示。在線測(cè)量減少了工序測(cè)量中拆卸、搬運(yùn)和裝夾等操作，簡(jiǎn)化了制造流程，使生產(chǎn)流程“扁平化”，大大提高了生產(chǎn)效率。另外，數(shù)控加工工藝與在線測(cè)量工藝之間相互影響，產(chǎn)生反饋，在線測(cè)量能夠直接為加工工藝的制定提供實(shí)際依據(jù)，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的提升、加工工藝的優(yōu)化具有積極意義。

　　通過(guò)對(duì)現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，增加測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)控加工后通過(guò)使用測(cè)頭可實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的在線測(cè)量，得到即時(shí)加工效果。其中，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床是共用的平臺(tái)，測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)頭是在線測(cè)量系統(tǒng)擴(kuò)展出來(lái)的。

問(wèn)題與討論

1 在線測(cè)量技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的意義

　　測(cè)量方案的優(yōu)化能夠使數(shù)控加工的制造流程得到優(yōu)化，合理應(yīng)用在線測(cè)量不僅能夠在一定程度上提高生產(chǎn)效率，更重要的是在線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)閮?yōu)化加工工藝提供依據(jù)，為難加工、難測(cè)量零件的生產(chǎn)提供更優(yōu)化的測(cè)量解決方案。

　　在線測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“所測(cè)即所加工”，加工與測(cè)量可即時(shí)交互，也就是加工狀態(tài)的“即時(shí)反饋”，避免了完全加工完后再測(cè)量或加工過(guò)程中“想測(cè)而不能測(cè)”帶來(lái)的加工質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)于一些高價(jià)值零件，在線測(cè)量技術(shù)能夠即時(shí)掌握零件狀態(tài)、保證零件的加工質(zhì)量，減少甚至避免因加工中工藝尺寸設(shè)置不合理導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。另外，對(duì)于一些加工過(guò)程中變形較大、狀態(tài)不穩(wěn)定的零件，特別是采用真空吸附裝夾方案不能保持裝夾狀態(tài)離線測(cè)量的零件，在線測(cè)量技術(shù)解決了這些零件的測(cè)量問(wèn)題，能夠真實(shí)檢驗(yàn)數(shù)控加丁的效果。

2 數(shù)控加工一在線測(cè)量效率分析

　　中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司數(shù)控加工廠把接觸式在線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，取得了良好效果。本課題選擇跟蹤某一典型特征(鈑金件數(shù)控加工輪廓，采用真空吸附裝夾)的加工一在線測(cè)量過(guò)程，通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤，分析生產(chǎn)效率。如圖5所示，在滿足零件檢驗(yàn)要求、測(cè)量穩(wěn)定的情況下，首件零件加工的在線測(cè)量時(shí)間一般略低于加工時(shí)間；零件成批加工時(shí)，在線測(cè)量速度可大幅度提高，測(cè)量效率也相應(yīng)提高。

　　當(dāng)然，利用數(shù)控機(jī)床本身進(jìn)行在線測(cè)量時(shí)，不可避免地降低了數(shù)控機(jī)床的加工效率，這種“一機(jī)兩用”的方式分散了機(jī)床的生產(chǎn)能力。但是，在一些生產(chǎn)流程復(fù)雜，特別是一些高價(jià)值零件涉及到中間生產(chǎn)過(guò)程多次測(cè)量的情況下，在線測(cè)量有離線測(cè)量不可比擬的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠提高生產(chǎn)效率而且能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量。所以，優(yōu)化生產(chǎn)流程的管理、加強(qiáng)生產(chǎn)的配套管理、把在線測(cè)量合理應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中，能夠有效地優(yōu)化制造流程。

3 在線測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　在線測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：加工與測(cè)量的相輔相成，避免重復(fù)定位、裝夾，加工一測(cè)量一體，優(yōu)化流程，為特殊零件的測(cè)量提供了合理的工藝方案。

　　在線測(cè)量技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中也存在一定的問(wèn)題，其集中體現(xiàn)在：數(shù)控機(jī)床的加工使用效率降低，管理要求提高，對(duì)操作者要求提高，測(cè)量誤差影響因素多、測(cè)量不穩(wěn)定等。正是這些問(wèn)題的存在很大程度上制約了在線測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。隨著在線測(cè)量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，解決這些問(wèn)題、提高在線測(cè)量的精度和效率是在線測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。

　　隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，高精度非接觸式測(cè)量是未來(lái)的發(fā)展方向，結(jié)合在線測(cè)量技術(shù)，發(fā)展非接觸式在線測(cè)量能夠大大提高測(cè)量效率。同時(shí)，在線測(cè)量技術(shù)能夠充分發(fā)揮真空銑夾、柔性工裝等先進(jìn)裝夾方式的優(yōu)勢(shì)，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

結(jié)束語(yǔ)

　　本文結(jié)合中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司數(shù)控加工廠對(duì)數(shù)控加工中接觸式在線測(cè)量技術(shù)的研究與應(yīng)用，探討了在線測(cè)量技術(shù)在數(shù)控加工中實(shí)際應(yīng)用的意義、存在的問(wèn)題以及發(fā)展方向等。研究表明：在線測(cè)量技術(shù)提供了一種有效的測(cè)量解決方案，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。