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許多廠都正在實(shí)現(xiàn)無人值守加工并從中得到好處，建立了可靠的工藝，機(jī)床能自動(dòng)運(yùn)行通宵，就是白天機(jī)床產(chǎn)出切屑時(shí)也不用人管。

坐落在Rocky Hill的PDQ 公司目前還在重新考慮其坐標(biāo)測量機(jī)的檢測方式，建立無人值守測量流程，以實(shí)現(xiàn)類似的好處(圖1)。

圖1 PDQ正致力于開發(fā)無人值守進(jìn)行坐標(biāo)測量機(jī)檢測的方法，利用坐標(biāo)測量機(jī)和快速更換固定裝置，實(shí)現(xiàn)多個(gè)工件無人值守測量

PDQ質(zhì)量保證經(jīng)理Kurt Stephens指出，用坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行零件檢驗(yàn)通常被看作是一種甩不掉的魔鬼。在許多情況下，只有一個(gè)工件在坐標(biāo)測量機(jī)上被設(shè)置、檢驗(yàn)，然后取出，中途還常常需要操作人員翻轉(zhuǎn)或重新定位，只有這樣，坐標(biāo)測量機(jī)才可能訪問所有必要的工件細(xì)節(jié)。不過，Stephens先生想象，是否在一天當(dāng)中某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，一個(gè)PDQ質(zhì)檢員加載各種工件到廠里的坐標(biāo)測量機(jī)上，把它的各個(gè)測量程序集中并串起來，然后回家，讓坐標(biāo)測量機(jī)自己檢驗(yàn)這些工件。

“我們要朝著這個(gè)目標(biāo)努力，”他說，“目的是限制工件檢驗(yàn)工作對PDQ盈利能力的影響，正如我最近訪問Northeastern廠期間所學(xué)到的�！�

關(guān)注質(zhì)量

Ron Gronback Sr. 于1989年成立了PDQ公司。他的兒子Ron Jr. 在15年前接管該公司，現(xiàn)在公司已經(jīng)發(fā)展起來，2014年的銷售額為700萬美元。這家25人的工廠主要為航空航天業(yè)加工訂單，典型的批量是50件以下。Gronback先生一直在投資新的加工設(shè)備。此外，廠房日前擴(kuò)大至15?000?ft2(1?ft2=0.093?m2)，其中大多數(shù)機(jī)床都不到7年。這包括Eurotech Elite和斗山的車銑床，以及一臺(tái)新的帶六站托盤庫的Akari Seiki 臥式加工中心，能實(shí)現(xiàn)無人值守加工。同樣，廠里還可能會(huì)為其五臺(tái)赫克立式加工中心投資托盤更換裝置，以延長其無人值守作業(yè)的時(shí)間。事實(shí)上，PDQ很忙，它已經(jīng)在該地區(qū)與其他10家廠建立了合作伙伴關(guān)系，經(jīng)常給它們派送任務(wù)。

圖2 這是一臺(tái)Zeiss Contura，帶有Vast XXT掃描傳感器和RDS鉸接探針架。此坐標(biāo)測量機(jī)能到達(dá)各種不同角度位置的工件細(xì)節(jié)

Gronback先生還在PDQ的質(zhì)檢部投入巨資，在過去的四年中，此部門已添置了大約150萬美元的新型檢驗(yàn)和測量設(shè)備。這個(gè)部門不僅支持PDQ的具體檢測需求，而且也支持10家合作伙伴公司的需求，充分利用PDQ符合AS9100C：2009-01、EN9100：2009和JIS Q9100：2009認(rèn)證的條件。該公司的25名員工中，有9名在質(zhì)檢部工作。廠里最近還采納了康涅狄格州勞動(dòng)局的質(zhì)檢員培訓(xùn)計(jì)劃。PDQ目前有三個(gè)質(zhì)檢員學(xué)徒，是州里僅有的第二家實(shí)施這樣計(jì)劃的公司。

Stephens先生喜歡對質(zhì)檢部這種部門進(jìn)行持續(xù)的投資，但不認(rèn)為理所當(dāng)然。他想提高效率，盡量減少工件的檢驗(yàn)費(fèi)用。在2013年，他被批準(zhǔn)購買第二臺(tái)坐標(biāo)測量機(jī)和訂購一臺(tái)Zeiss Contura(圖2)。不久之后，他和一同事參加了Eastec貿(mào)易展覽并發(fā)現(xiàn)了Phillips Precision開發(fā)的一種模塊化、快速更換的坐標(biāo)測量機(jī)固定工件的系統(tǒng)。該系統(tǒng)稱為Inspection Arsenal，使用標(biāo)準(zhǔn)板，這種板有磁性聯(lián)鎖，就像拼圖游戲一樣，工件被固定在此板上，可以很輕松地被拆卸和更換，可加快切換到新的檢驗(yàn)任務(wù)。

為什么不能在無人值守時(shí)做坐標(biāo)測量機(jī)檢測?

許多廠在其數(shù)控機(jī)床上使用快速更換工件固定裝置作為無人值守加工過程的一部分。Stephens先生設(shè)想了一個(gè)類似的工藝流程，利用新的坐標(biāo)測量機(jī)能力與快速更換工件固定系統(tǒng)，能夠把多個(gè)工件一次安裝在坐標(biāo)測量機(jī)上，然后整夜進(jìn)行無人值守檢驗(yàn)。

圖3 當(dāng)為多個(gè)工件的檢驗(yàn)工作編程時(shí)，Kurt Stephens使用Contura 坐標(biāo)測量機(jī)的Calypso軟件，在每個(gè)模型化了的工件/夾具/板系統(tǒng)周圍建立平面，使坐標(biāo)測量機(jī)知道避開這些元素周圍的區(qū)域。這可以防止在從一個(gè)工件移動(dòng)到另一個(gè)工件時(shí)與那些元素碰撞

為此，他把原來開給Zeiss的訂單改成較大的X/Y/Z行程為1000?mm×1200?mm×600?mm的Contura型。畢竟，一個(gè)大臺(tái)子可以容納更多的工件。這個(gè)特定的坐標(biāo)測量機(jī)具有陶瓷導(dǎo)軌，其特點(diǎn)是高的剛性、低的熱膨脹和最小的移動(dòng)重量。據(jù)說浮法玻璃鱗片陶瓷是幾乎不會(huì)膨脹，不需要額外的溫度傳感器或數(shù)學(xué)補(bǔ)償。坐標(biāo)測量機(jī)還具有Vast XXT掃描傳感器并帶有RDS的鉸接探針架。此探針架使坐標(biāo)測量機(jī)能掃描各種2.5°增量角位上的工件細(xì)節(jié)。Stephens先生說，這就不再需要購買轉(zhuǎn)臺(tái)或處理及其相關(guān)的電纜了。

坐標(biāo)測量機(jī)交付后，Stephens先生即訂購?fù)暾�的Inspection Arsenal“板系統(tǒng)”。Inspection Arsenal是模塊化緊固組件的集合，提供了一種新方法替代使用傳統(tǒng)膠、粘土和帶子及更昂貴的精密夾具和固定裝置。

圖4這是廠里第一種專為無人值守檢驗(yàn)而開發(fā)的固定板

主要設(shè)計(jì)元素是Loc-N-Load固定板系統(tǒng)，它使得坐標(biāo)測量機(jī)具有可重復(fù)性工件的定位和快速更換的能力。固定板系統(tǒng)包括一對接板，栓接到坐標(biāo)測量機(jī)臺(tái)子探針行程外的一側(cè)，以最大化檢驗(yàn)包絡(luò)。各塊固定板可以被拼接在一起，就像拼圖游戲片一樣。這些0.5?in的鋁板通過嵌入的鋼片和磁片互相聯(lián)鎖并彼此保持緊密固定。有一塊板被設(shè)計(jì)成能夠通過接受一個(gè)球體，確立系統(tǒng)的正確位置。此后，可以去除此板與球體，以容納大工件并和重新安裝且無需用探針重新校準(zhǔn)。

圖5 這家廠正在著手開發(fā)工藝，使大多數(shù)或全部坐標(biāo)測量機(jī)零件檢測只需一次設(shè)置。垂直定向此工件，坐標(biāo)測量機(jī)可以一次設(shè)置檢驗(yàn)兩側(cè)。這免除了水平固定時(shí)檢驗(yàn)另一面的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作

Stephens先生創(chuàng)建了Contura坐標(biāo)測量機(jī)臺(tái)子的CAD模型，而Phillips Precision的總裁 Steve Phillips則創(chuàng)建并發(fā)送給他所有該廠購買了的Inspection Arsenal的固定板和標(biāo)準(zhǔn)夾緊裝置的CAD模型。Stephens先生和他的團(tuán)隊(duì)確認(rèn)廠里在常規(guī)基礎(chǔ)上加工的零件，并與Phillips先生合作開發(fā)緊固工件的策略，使得在一次裝卡設(shè)置后坐標(biāo)測量機(jī)能訪問這些工件的大約95%，并在整個(gè)作業(yè)中無需翻動(dòng)它們。

固定板是第一種專為無人值守檢驗(yàn)而開發(fā)的(圖3)。它采用支座上的8 塊V型塊鋁合金夾具固定航空航天應(yīng)用的圓形鋼外殼家族。V形塊有隱藏的磁鐵在檢驗(yàn)期間固定工件。這樣，不需要機(jī)械夾具從上方固定工件，否則坐標(biāo)測量機(jī)只能繞開。V型塊還可以容納三種不同的外殼。有一塑料銷插入激光標(biāo)記的三個(gè)特定工件位置之一，以確保操作工安裝好合適的工件，并且該工件定向正確。

Stephens先生把坐標(biāo)測量機(jī)臺(tái)子和所有固定元素的CAD模型導(dǎo)入到Calypso編程軟件里，開發(fā)并行檢驗(yàn)子程序。他在每一模型化的工件/夾具/板系統(tǒng)周圍建立了平面，使坐標(biāo)測量機(jī)知道避開這些元素周圍的區(qū)域。這可以防止在從一個(gè)工件移動(dòng)到另一個(gè)工件時(shí)與那些元素碰撞。該軟件還可以實(shí)施一種模擬，以確保不會(huì)有任何碰撞(圖4)。

測量殼體工件過去是兩件一批，測量時(shí)間大約每件40?min。使用這種新方法，每個(gè)工件的單位是11.25?min，而坐標(biāo)測量機(jī)可以設(shè)置一次檢驗(yàn)八件。采用保守的100美元/h的質(zhì)量控制費(fèi)率，每批次可節(jié)約384美元。因?yàn)檫@“八件檢驗(yàn)”的工作一年重復(fù)10次，這“三件套家族”每年可節(jié)約11523美元。

Stephens先生后來為其他重復(fù)性的工件開發(fā)了固定裝置。這個(gè)過程的美妙之處在于，一旦某種工件的檢驗(yàn)程序創(chuàng)建出來，很容易調(diào)用這些模型，并把它們串起來，使坐標(biāo)測量機(jī)能一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行測量操作。因?yàn)楣潭ò迨侵貜?fù)性的，這些板可以放在臺(tái)子上各種不同的位置。每個(gè)可能的板位指定一個(gè)位號。Stephens先生只是改變了坐標(biāo)測量機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)，以匹配臺(tái)子上第一塊板/零件的位置。這一旦確定，坐標(biāo)測量機(jī)便知道臺(tái)子上所有其他板/零件的位置。這也意味著，操作不再需要慢移坐標(biāo)測量機(jī)探針到工件去感知某個(gè)平面、孔的位置或某些細(xì)節(jié)，便知道工件在臺(tái)子上是如何定向的。

這種“拖放”的編程能力使他得以不同的方式看待設(shè)置任務(wù)和編程。“現(xiàn)在，我考慮的是我一次可以固定多少件，它們之間能靠多近，我怎么在一次設(shè)置后能訪問盡可能多的細(xì)節(jié)，以及我應(yīng)如何利用坐標(biāo)測量機(jī)的鉸接探針。”Stephens先生解釋說。

展望未來，Stephens先生還在為其他經(jīng)常重復(fù)的作業(yè)創(chuàng)建坐標(biāo)測量機(jī)檢驗(yàn)固定板。圓形鋁工件的夾具使用有橡膠墊的固定螺絲，不會(huì)損壞工件。此外，垂直定向此工件，坐標(biāo)測量機(jī)可以一次設(shè)置檢驗(yàn)兩面。這免除了水平固定時(shí)檢驗(yàn)另一面的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作(圖5)。檢驗(yàn)時(shí)間原本是每件2.5?h，現(xiàn)在只需45?min。他計(jì)劃建立一個(gè)固定裝置的機(jī)架，存儲(chǔ)與固定裝置一起的專用板，在概念上類似于臥式加工中心的托盤庫。

廠里其他較小的Tesa坐標(biāo)測量機(jī)也已裝上Inspection Arsenal的固定系統(tǒng)(圖6)。它主要用于執(zhí)行第一件檢驗(yàn)或只生產(chǎn)一件的測量項(xiàng)目，同時(shí)使較大的Contura能執(zhí)行多個(gè)工件長時(shí)間運(yùn)行的檢驗(yàn)例程。Stephens先生說，他還計(jì)劃給廠里的Mitutoyo QuickScope視覺測量機(jī)添加一種類似的固定系統(tǒng)。

圖6 PDQ還配備了較小型的Tesa 坐標(biāo)測量機(jī)，帶有快速更換工件的固定裝置，它主要用于執(zhí)行第一件檢驗(yàn)或只生產(chǎn)一件的測量項(xiàng)目，同時(shí)使較大的Contura能執(zhí)行多個(gè)工件長時(shí)間運(yùn)行的檢驗(yàn)例程

“像這樣的零件檢測工具和策略，讓我們的質(zhì)檢部非常滿意。”Stephens說�！拔覀冋�在努力減少我們?yōu)檫M(jìn)行檢驗(yàn)從產(chǎn)品上提取出來的錢，以保質(zhì)量。鑒于我們廠老板的性格，我很可能會(huì)被授權(quán)把這些節(jié)約再投資，返回到我們的質(zhì)檢部，再實(shí)現(xiàn)額外的節(jié)省�！�

Gronback先生指出，這也是廠里近7年來實(shí)現(xiàn)了25%~30%的年增長的一大原因。