雷尼绍测头的应用.docx

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雷尼绍测头的应用

1绪论

1.1研究背景

随着科技、生产的快速发展，测量技术日益显著。

而相当长的时间内，测量基本上是静态的，即测量对象在测量过程中不变化或没有明显变化，同时，测量大多是“离线”的，而不是“在线”的，即不是在生产制造过程中实现。

比如，对于生产，离线的静态测量只能对零部件和成品分别进行检测；而对生产加工的过程则无能为力。

如果能对生产制造过程加以检测，即进行所谓的“在线测量”，则不仅可以保证产品质量、增加产量，降低消耗、减少成本、提高效率，而且还可以随时监测甚至排除生产中的潜在问题，保证生产顺利进行。

国际上，上世纪60年代后期开始，在机测量技术便引起了人们的关注。

这一方面是由于科技、生产和社会发展的需要，尤其是质量和效益的挑战；另一方面则是由于传感器技术、微型计算机技术、自动控制技术和图像识别技术等的进展，为在机测量的实现提供了必要的条件。

1974年召开的第一次在机测量国际会议，进一步引起了全世界各国的普遍关注，对在机测量技术的开发与应用起了有力作用。

近年来，基于接触式、非接触式等各种测头的在机测量技术在现代工业领域被广泛应用。

触发式测头在国外发展较早，技术也都相对成熟，测头的位置坐标主要通过加工设备的控制系统存储，其精度主要取决于加工设备的定位精度。

因此，为了得到较高的测量精度，国内外的研究大多都是采用国外的数控系统和加工设备，比如：

FANUC数控系统等而随着国内加工设备的精度提升，此次采用北京精雕控制系统及其北京精雕高速雕刻中心来完成测头的在机测量研究。

对于非接触式测量方式，激光扫描法相对成熟，比如国外大多采用FANUC数控加工中心上配激光测头，使其附加了数控测量功能，实现了三轴机床上的在机测量。

随着加工技术的飞速发展，数控机床在生产中的应用越来越广泛。

虽然机床按程序执行，但加工时间短，效率高，但工件对准、检查等辅助加工时间没有缩短，甚至占整个加工过程的1/3以上。

面对这些问题，使用Renishaw探头不仅避免了重复编程，节省了编程和调试时间，还具有机器测量功能，保证了机床生产和操作的可靠性，保证了产品加工尺寸精度。

1.2雷尼绍测头在机测量介绍

在数控加工过程中，有很多时间被工件的装夹找正及刀具尺寸的测量所占去。

采用工件测头系统，可在机床上快速、准确测量工件的位置，直接把测量结果反馈到数控系统中修正机床的工件坐标系。

若机床具有数控转台，还可由测头自动找正工件基准面，自动完成诸如基面的调整，工件坐标系的设定等工作。

简化了工装夹具，节省夹具费用，缩短机床的辅助时间，大大提高机床的切削效率，并且可使切削量均匀，切削过程平稳。

在利用刀具半径补偿的批量加工过程中，还可利用测头自动测量工件的尺寸，根据测量结果自动修正刀具的偏置量，补偿刀具的磨损，以保证工件的尺寸及精度的一致性。

数控车床的刀具测量最常用的办法是试切法；加工中心、数控镗铣床的刀具测量一般采用机外对刀仪测量或在机床上用塞尺等手工测量。

以上各种方法都需人工介入，测量效率低，而且还可能带来人为误差。

采用刀具测头，可在机床内快速、准确地测量出刀具的尺寸，自动反馈回数控系统变成刀具偏移量。

由于整个过程都由测量软件控制自动进行，因此避免了人为误差。

此外，在批量自动加工过程中，也可根据刀具相邻两次测量的尺寸差异来判断刀具的磨损及折断，由程序控制更换相同的刀具进行下一件的加工。

由于制造技术的发展，国内外很多用户也越来越多地要求在其购买数控机床上配装测头及控制系统，随着测头及控制系统的广泛应用，国内制造业的水平也在稳步提升。

1.3研究目的

在数控加工过程中，大量的时间被用于工件的定位和对准以及刀具尺寸的测量。

在传统的工件夹紧过程中，操作者使用一个千分表和一个芯棒来找到参考位置，然后手动将相关数据输入数控系统来设置工件坐标系。

工件探测系统可以快速、准确地测量工件在机床上的位置，测量结果直接反馈给数控系统，对机床的工件坐标系进行校正。

如果机床有数控转台，探头还可以自动校准工件参考平面，并自动完成基础平面的调整和工件坐标系的设置等任务。

本文结合手机机壳数控机床和雷尼绍探头在数控机床上的使用，分析如何提高机床的工作效率。

1.4研究方法

1.文献研究法选取中国知网、万方、维普等学术平台对“雷尼绍测头，手机外壳”进行资料选取，从中提取出所需的资料，进行整理总结延伸。

2.实地调查法

实地观察雷尼绍测头的基本应用，分析其在手机外壳中如何应用

2雷尼绍测头的特点以及在数控机床上的运用

2.1雷尼绍测头的特点

英国雷尼绍公司是专门从事设计、制造高精度检测仪器与设备的世界性跨国公

司。

主要产品为三坐标测量机及数控机床用测头、激光干涉仪、球杆仪、高速高精数

字化及扫描系统等,为机械制造工业提供了序前（激光干涉仪和球杆仪）、序中（数控机床工件测头及对刀测头）和序后（三测机用测头）检测的系列质量保证手段。

其全部技术与产品都旨在保证数控机床精度,扩大数控机床功能,改善数控机床性能,提高数控机床效率。

在数控机床上使用工件及对刀测头进行自动测量,可方便工件的安装调整,简

化工装夹具,降低费用,大大缩短机床辅助时间,提高生产效率,同时又可改善数控机床性能,使数控机床既是加工设备,又具备某些测量功能。

雷尼绍测头可安装在数控车床、加工中心、数控磨床、专机等大多数数控机床上。

机床测头按功能分类,可分为工件

检测测头和刀具测头;按信号传输方式分类,则可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式4种方式;按接触形式分类,可分为接触测量和非接触测量。

用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。

在数控加工过程中,有很多时间被工件的装夹找正及刀具尺寸的测量所占去。

在传统的工件装夹过程中,操作者采用百分表及芯棒找出基准的位置,然后手工把有关数据输入到数控系统里,以设定工件的坐标系。

采用工件测头系统,可在机床上快速、准确地测量工件的位置,直接把测量结果反馈到数控系统中修正机床的工件坐标系。

若机床具有数控转台,还可由测头自动找正工件基准面,自动完成诸如基面的调整,工件坐标系的设定等工作。

简化了工装夹具,节省了夹具费用,缩短了机床辅助时间,大大提高了机床切削效率,并且可使切削余量均匀,切削过程平稳,延长刀具使用寿命。

在利用刀具半径补偿的批量加工过程中,还可利用测头自动测量工

件的尺寸精度,根据测量结果自动修正刀具的偏置量,补偿刀具的磨损,以保证工件加工尺寸的一致性,这种机内测量方法,还可避免把工件搬至测量机上测量所带来的二次装夹误差。

数控车床的刀具测量最常用的办法是试切法;加工中心、数控镗铣床的刀具测量一般采用两种方法:

一是采用机外对刀仪测量,二是在机床上用塞尺等手工测量。

以上各种方法都需人工介入,测量效率低,而且还可能带来人为误差。

采用刀具测头,可在机床内快速、准确地测量出刀具的尺寸,自动反馈回数控系统中变成刀偏量。

由于整个过程都由测量软件控制自动进行,因而避免了人为误差。

此外,在批量自动加工过程中,可判断刀具的破损及折断,及时给出报警,中断加工,在有备用刀具情况下,由

程序控制更换备用刀具进行下一件的加工。

在工业发达国家,机床测头基本上和刀具

一样成为数控机床不可缺少的基本备件,国内在机械制造领域中也越来越广泛地应用在线测量技术使用工件和工具的自动测量探针在数控机床可以方便工件的安装和调整，简化工具设备，降低成本，大大缩短机床的辅助时间，提高生产效率，同时提高数控机床的性能，使数控机床不仅是加工设备，但也有一定的测量功能。

雷尼绍触摸探头可以安装在大多数数控机床上，如数控车床、加工中心、数控磨床和特殊机床上。

机床探头按功能分类，可分为工件检测探头和刀具探头;根据信号的传输方式，可分为四种:

硬线、电感、光学和无线电;按接触形式可分为接触测量和非接触测量。

用户可以根据机器的具体型号选择合适的配置。

2.2数控机床运用实例

数控车床刀具测量最常用的方法是试切法;加工中心、数控镗铣机床的测量一般采用两种方法:

一是使用机床进行刀具测量，二是对机床进行手动用尺测量。

以上方法都需要人工干预，测量效率低，可能会带来人为误差。

利用刀具探头，可以在机床上快速、准确地测量刀具尺寸，并将刀具偏差自动反馈给数控系统。

整个过程由测量软件自动控制，避免了人为误差。

另外，在批量自动加工过程中，可以判断出断刀和断刀，及时发出报警，中断加工，在出现备用刀具的情况下，通过程序控制来代替备用刀具进行下一块加工。

在工业发达国家，机床和工具的测量头基本上成为了不可或缺的基本零件的数控机床，在国内机械制造领域也越来越广泛使用的在线测量技术，下面简要介绍几个应用实例。

1.天津新大洲本田发动机厂

该公司在新大陆为本田摩托车生产发动机。

原日本工艺缸体是在专用机床上加工的。

手动读数由百分表控制，以控制加工精度。

如果是在加工中心加工，毛坯表面用于定位和夹紧一次。

因为加工原点和毛坯的相对位置随着毛坯铸件尺寸的变化而变化8mm，毛坯表面的公差为8mm，不能满足图纸要求。

公司将5个加工中心与雷尼绍MP7探头相结合，形成了气缸体生产线。

探头可直接测量粗基准面，设定加工坐标原点，弥补了铸件粗精度的不足，避免了加工余量过大。

大型和损坏的工具。

使用Renishaw的机内测量技术，保证CP值大于1.33，年生产能力为40万台。

2.德国

Senking-Werke公司主要生产大型工业清洗设备，产品规格齐全。

以前，工件尺寸是用一种特殊的大卡尺手动检测的。

它需要两名操作员爬到机床工作台，这既耗时又不准确，而且还不安全。

现在公司已经在机床上安装了一套Renishaw的MP14探测系统。

所有主要尺寸均可由机床上的探头自动检测。

每次测量的时间从25min减少到4min，工件的精度也降低了。

已大大改善。

3.英国

AbbeyTool&Gauge公司主要生产液压马达和伺服阀元件。

公司的格雷厄姆·里德先生说:

“我们公司最典型的部件是液压马达。

该零件的加工首先在大宇或彪马的车削中心进行，然后在Maho精密加工中心进行23孔的加工。

以前，每个零件的装夹和加工大约需要几个小时。

自在加工中心安装雷尼绍探头后，整个过程只需10分钟。

”在过去，每个工件加工后都要在三台测试机上进行测试。

现在我们每15件只抽样1件。

在三年的时间里，我们已经生产了10万多件这样的产品。

这台机器基本上是闲置的。

雷尼绍探针给我们充分的信心，以确保我们的产品的尺寸精度。

我们已决定新机器必须配备雷尼绍探测仪。

雷尼绍在原有的MP10、MP12等探头的基础上，又推出了新的OMP40型小机床用新探头，新的车床测量臂也得到了广泛的应用。

随着制造技术的发展，国内许多用户对数控机床上安装探头的要求越来越高。

国内主要的数控机床制造商，如北京一号厂、中杰友谊厂、北京机床学院、到P数控、北京机电学院、济南一号厂、长城机床厂等，都配备了Raney的机床。

相信机床探头将会得到越来越广泛的应用。

3雷尼绍测头在手机外壳中的应用加工分析

3.1机械设备选用手机外壳分析

3.1.1注塑机的组成及作用

注塑机主要由锁模装置、注射装置、液压传动系统和电气控制系统组成。

注塑机的基本功能是:

将塑料加热至熔融状态，进行后续加工和注塑。

2.在熔体上施加高压，使熔体被喷射出来以填满腔体。

注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。

塑化是实现和保证模塑产品质量的前提。

为了满足成型的要求，注塑必须保证足够的压力和速度。

同时，由于注射压力高，型腔内也相应地产生了较高的压力（型腔内的平均压力

一般在20~45MPa之间），因此必须有足够的夹紧力。

由此可见，注射装置和锁模装置是注塑机的关键部件。

3.1.2设备分类根据注塑装置和合模装置的相对位置进行分类，分为卧式注塑机、立式注塑机、角式注塑机。

（1）卧式注塑机:

如图所示，是最常见的机型。

夹紧装置与注射装置轴线呈水平线。

具有身体低、维修方便、操作方便、自动化程度高的特点，产品可自动落下，无需机器人即可自动成型，安装顺利。

模具需要用吊车安装。

适用于大型工件加工。

（2）立式注塑机:

如图2-1所示，夹模装置与注射装置轴线成一条直线，每一个塑料零件的空腔均可由一只简单的机械手取出，有利于精密成型。

开放式，容易配置各种自动装置，特别容易保证树脂流动性和模具温度在模具内分布的一致性。

适用于

复杂、精细的小工件产品加工

（3）角式注塑机:

它的特点是合模装置和注塑装置的轴线垂直排列，其注射方向和模具分界面在同一个面上，它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。

3.2手机外壳注塑材料分析

2.2.1塑件原材料性能分析

1．注塑成型的材料：

即塑料，其为树脂的原料，也可以加入多种添加剂混合而成，性能与注射条件密切相关。

在模具设计过程中，有必要根据注塑材料的物理，化学和机械性能确定物理参数的大小，以确保生产出合格的产品。

整体塑料具有以下特性：

良好的收缩性，流动性，热性能和冷却速率，良好的吸湿性。

2．手机壳材料分析

塑料件使用的材料是PC+ABS，以前的化学名称是聚碳酸酯。

其物理性能为:

冲击强度高，尺寸稳定性好，无色透明，着色性好，电绝缘，耐腐蚀，耐磨性好，但自润滑性差，应力开裂倾向差。

高温，易水解，与其它树脂相容性差。

适用于制造小型仪器零件、绝缘透明零件和耐冲击零件。

后者的化学名称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

其物理性能是综合性能好、冲击强度高、化学稳定性好、电学性能好。

具有高冲击性、高耐热性、阻燃性、增强型、透明等级。

流量比HIPS略差，比PMMA、PC等要好，灵活性好。

适用于制造一般机械零件、耐磨零件、传动零件、通讯零件。

ABS工程塑料一般不透明，有绿色的牙齿，无毒，无味，又硬又硬。

ABS工程塑料具有优异的综合性能、优异的冲击强度、良好的尺寸稳定性、良好的电性能、耐磨性、耐化学性、染色性、良好的成型性和机械加工性。

定性好、电性能好、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。

2.2.2注塑材料类型

主要常用的材料为ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）。

3.3手机注塑材料成型过程

注射成型过程包括四个阶段:

塑化、填充、保持压力和冷却。

塑化是将PC和ABS在固体状态下加热转变为流体性质的过程。

填充是将塑化材料填充到模型腔内的过程。

在停留阶段，塑料熔体由于冷却而收缩，但由于塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳定压力下，桶内的熔体将不断注入模具型腔，以弥补收缩所留下的缺口。

如果柱塞或螺杆停在同一位置，压力曲线会稍微减弱。

如果柱塞压力保持恒定，即在熔体进入模具的同时，有少量的向前运动，那么在这一阶段，模具压力保持恒定。

冷却时间是一个重要的工艺参数。

在保证均匀冷却的前提下，冷却时间越短越好，这是我们冷却优化的目的。

2.4注塑材料成型工艺条件

注塑成型材料的成型工艺条件包括温度控制、压力控制和时间控制。

这三方面对塑料制品的质量有着非常重要的影响。

当降低温度时，必须增加压力，以确保塑料进入腔内。

如果温度太低，熔体就很难填满空腔。

如果温度太高，塑料就容易降解。

在设计过程中，必须结合实际的特性来确定三者之间的关系。

在完成一个注塑成型周期的过程中，在保证质量的前提下，尽可能缩短注塑成型周期的时间。

其中注射时间和冷却时间是最重要的。

它们对产品质量有很大的直接影响。

注射时间中的停留时间是材料在腔内的压力时间，占整个注射时间的很大比例。

停留时间的大小对产品的尺寸精度有决定性的影响。

它通常取决于浇口和浇道的结构，以及模具温度和材料温度。

冷却时间主要由塑料的厚度和性能等因素决定。

建议冷却时间的结束是模组拆除时不引起任何变化。

图中显示了压力、温度和时间之间的关系

4雷尼绍测头在手机外壳机床中应用

4.1手机外壳加工工艺参数制定

1加工设备的选取

根据加工要求及现有的条件，选用了WG-125工业五轴五联动加工中心，主轴最高转速为12000转/min，转台尺寸为φ125，机床加工精度稳定，能够满足iPhone手机壳的加工需要。

2加工工工艺参数制定

由于iPhone手机壳的材料为镁铝合金材料，并根据模型各加工区域的结构特点，

对其进行加工工艺分析，确定各加工工序使用的刀具及主要切削参数如表1～表3

所示。

手机外壳零件的加工特点是薄壁零件，体积小，重量轻，壁厚小，到处壁厚均匀，不利于原材料的流动，而且容易在外壳之间的间隙产生融合痕迹和气孔。

高强度、高精度产品，表面光滑，无熔线，应力均匀。

产品不仅要求加工精度高，而且要求零件具有高的一致性和互换性。

主要考虑的是注塑成型后手机机箱的上下部分。

两壳的定位和紧密度。

手机外壳材料为PC+ABS，一般认为是弹塑性材料。

其参数为:

屈服强度80MPa，密度1140kg/cm3，弹性模量2.50GPa，泊松比0.3，手机套。

厚度为1.0mm，外形尺寸为153×54×7.25，手机整体质量为80g。

形状结构比较复杂，四周都是圆角。

要求塑件表面美观、光滑，无明显焊接痕迹、银丝及流动痕迹，无明显翘曲变形。

塑件两侧均有侧孔，需要侧抽芯机构。

可设置侧芯，由侧滑块和斜导柱驱动，分型方便。

另外，为了使塑件顺利脱模，必须在塑件内外表面沿脱模方向设计足够的脱模坡。

塑料件的边角尽量采用圆弧过渡，增加塑料件的强度，提高填充的流动性，同时增加美观度。

4.2手机外壳模具支架选用

模具是工业生产的基础工艺设备。

模具在很大程度上决定了产品的质量和效率以及开发新产品的能力;在电子、汽车、电机、电器、仪表、电器、电器和通信等行业，60%至80%的零部件依赖于模具成形。

我国模具的基本情况分为10类。

其中冲压模具和塑料成型模具占主要部分。

根据输出值来计算的，目前中国的冲压模具约占50%，塑料成型模具约占20%，拉丝模具（工具）约占10%，塑料成型模具的比例在世界上发达工业国家和地区一般占所有模具输出值。

超过40%，差距就大了。

模具制造零件所体现出的高精度、高复杂性、高生产率、低消耗等特点是其他加工制造方法所无法比拟的。

由模具生产的最终产品的价值往往是模具本身价值的几十倍或几百倍。

模具生产技术水平已成为衡量一个国家产品制造水平的重要指标，在很大程度上决定了一个产品的质量、效率和新产品开发能力。

1模具支架的选用模具支架适用于大批量高精度零件的生产。

一般采用专用注塑机进行生产加工，但本设计的模具体相对较小，对塑料件的加工精度要求也很高。

因此，不需要使用特殊的注射工具，这样会造成较高的成本浪费。

因此，本课题的设计采用了一种简单实用的模具支撑系统。

这不仅节约了成本，而且缩短了加工周期，在大批量精度要求高、精度要求高的情况下，可以起到很好的效果。

2模具支架工作原理

模具支撑部分主要包括:

液压缸、推臂、夹头、支架体、导套、导滑块。

模具工作时，当模具打开时，液压缸从推臂移动到开模方向，推臂上的夹头在推臂的推动下推动固定的模具座板开模。

当模具开到一定程度时，推模臂与推模柱之间的间隙消除，推模臂同时推推推柱推动推推机构将塑料件推出。

锁模过程中，液压缸向相反方向移动，拉动推臂向锁模方向移动。

同时，回位弹簧推动推板复位顶出机构，直至锁模完成。

模具夹紧一般分为四部分:

快模夹紧、慢模夹紧、低压模保护和高压模夹紧。

高

压装夹完成后开始注射。

在注射过程中，熔融的塑料填充模具型腔。

当型腔被填满时，压力急剧上升，所以注射的末端也被称为挤压段。

4.3雷尼绍测头在手机外壳机床中的功能

1.手机外壳机床A、C轴检测

在CRH380高速动车组车体生产线上，加工设备多采用五轴数控手机机壳机床。

在实际生产中，手机机壳机a和C两轴的误差会导致加工后工件的形状和尺寸误差。

由于五轴数控手机机壳机床电主轴比较复杂，A轴和C轴的转角误差测量比较复杂。

传统的检测方法是在主轴上安装一根标准的测试杆，用百分表找出上下两点的差值，并计算角度误差。

如图所示。

这种主轴检测方法繁琐、耗时，不适合频繁检测。

因此，将自动探测点回路与三角函数相结合，可以解决探测困难的问题。

，将轴检测:

一个标准块安装在一个合适的手机住房机床的一部分，标准块上的任何点，使探针测量其协调价值在A0C0R5，

并测量其协调价值在A0C180R6，然后线性误差R19=（R5R6）/2，距离中心旋转的轴的端面轴是301毫米，探针的长度是228.7毫米，也就是说，总长度为529.7毫米。

如果A轴上没有误差，则无论C轴如何旋转，A轴的位置不变，即R5=R6，角度误差为0;如果A轴有误差，则以A轴的旋转中心形成直角三角形，利用三角函数计算A轴的实际旋转误差为R8=Asin（R19/529.7）。

2工件自动找正

根据传统工艺的要求，在加工前安装定位元件并对工件进行校正是一件繁琐的工作。

然而，在840D数控系统中使用Renishaw探头，它可以通过测量被分配到零点偏移，工件可以直接被加载到工作台，不需要精确定位。

即:

根据加工图对工件进行工艺分析，确定工件的零位，并建立一个粗略的零位。

粗略的零点不需要精确。

同时，在建立粗糙零点时，不需要确定平行于X、Y轴的分量。

在此基础上，调用测量程序，在工件的基础上测量两点，得到两点的坐标值，即（X1，Y1），（X2，Y2）。

可以计算工件安装位置之间的角度和手机外壳机床坐标系，这个角值写入工件坐标系、工件的正确的零点，得到准确的零点偏移，然后执行工件加工程序完成工件的加工。

4.4雷尼绍测头手机外壳数控加工的实际应用

1手机外壳测头细分

1）手动测座一系列固定的及手动可转位测座，用于连接触发式测头和机器轴套，可灵活地对复杂部件进行检测。

2）三坐标测头

MH20i：

适用于TP20测针模块的可重复定位测座；

MH20：

适用于TP20测针模块的定位测座；

MH8：

适用于M8螺纹固定测头的可重复定位测座；

MIH（S）：

具有内置L