机床生产工件的cpk 值测量设备及方法
【专利摘要】本发明提供了一种机床生产工件的CPK值测量方法，包括如下步骤：利用机床的控制单元控制机床的测量探头，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元；处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值。本发明还提供了一种机床生产工件的CPK值测量设备，包括测量探头，控制单元，处理单元。本发明实现工件尺寸的自动测量、机床生产工件的CPK值的自动测定，无需停机，无需人工干预，节省了大量人力和时间，极大地方便了客户使用，提高了整体生产效率。
【专利说明】机床生产工件的CPK值测量设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机床领域，尤其涉及一种机床生产工件的CPK值测量设备及方法。
【背景技术】
[0002]CPK为Complex Process Capability index的缩写。是现代企业用于表示制程能力的指标。制程能力强才可能生产出质量、可靠性高的产品。
[0003]制程能力指标是一种表示制程水平高低的方法，其实质作用是反映制程合格率的高低。制程能力的研究在于确认这些特性符合规格的程度，以保证制程成品的良率在要求的水准之上，可作为制程持续改善的依据。CPK值越大表示品质越佳，是制程水平的量化反映(用一个数值来表达制程的水平)。计算CPK值时，计算取样数据至少应有20-25组数据，方具有一定代表性。
[0004]同CPK息息相关的两个参数:Ca，Cp。计算CPK除收集取样数据外，还应知晓该品质特性的规格上下限(USL，LSL)，才可顺利计算其值。
[0005]Ca:制程准确度。在衡量“实际平均值”与“规格中心值”之一致性。对于单边规格，因不存在规格中心，因此不存在Ca ;对于双边规格，Ca=C x-C)/(T/2)。
[0006]Cp:制程精密度。在衡量“规格公差宽度”与“制程变异宽度”之比例。对于单边规格，
[0007]只有上限和中心值，Cpu=IUSL-_χ|/3σ ；
[0008]只有下限和中心值，Cpl=| _ x-LSL I/3 σ ；
[0009]对于双边规格:Cp=(USL-LSL) /6 σ。
[0010]其中_ X为取样数据平均值。
[0011]CPK, Ca, Cp三者的关系为，Cpk=Cp* (1-1 Ca |)，CPK是Ca及Cp两者的中和反应，Ca反应的是位置关系(集中趋势)，Cp反应的是散布关系(离散趋势)。
[0012]首先可用Excel的“STDEVP”函数自动计算所取样数据的标准差(σ )，再计算出规格公差(T),及规格中心值(U).规格公差T=规格上限一规格下限；规格中心值U=(规格上限+规格下限)/2 ；
[0013]依据公式:Ca=(X_U)/(T/2)，计算出制程准确度:Ca值(X为所有取样数据的平均值)。
[0014]现有技术中，工厂生产现场的CPK值测量流程如图1所示。工件进行加工，加工完成后由人工测量尺寸并得到公差，并记录公差数据。连续加工30至50次之后，然后结合之前记录的所有公差数据和工件尺寸公差要求，通过公式手动计算出工件的CPK值。
[0015]测量计算CPK值过 程中，需要耗费大量的人工，测量的精度也不高，极大影响生产过程中的效率。
【发明内容】
[0016]为解决上述技术问题，本发明提供了一种机床生产工件的CPK值测量设备及方法。通过本发明可以实现工件尺寸的自动测量后，对机床生产工件的CPK值的自动测定。
[0017]本发明提供一种机床生产工件的CPK值测量方法，包括如下步骤:利用机床的控制单元控制机床的测量探头，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元；处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值。
[0018]进一步地，利用机床的控制单元控制机床的测量探头，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元，还包括:对获取的生产工件的尺寸数据进行保存。
[0019]进一步地，处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值还包括:对计算出的CPK值进行保存。
[0020]进一步地，利用机床的控制单元控制机床的测量探头，所述机床处理单元设定所述测量探头的测量次数。
[0021]进一步地，处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值，CPK计算公式的公差由所述处理单元设定。
[0022]本发明还公开了一种机床生产工件的CPK值测量设备，包括测量探头，用于测量产工件的尺寸数据；控制单元，与测量探头相连接，用于控制测量探头工作，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元；处理单元，与控制单元相连接，用于接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值。
[0023]具体来说，所述处理单元包括一存储单元，所述存储单元用于保存所述测量探头的测量数据和所述机床生产工件的CPK值。
[0024]具体来说，所述处理单元包括一输出单元，所述输出单元用于输出所述机床生产工件的CPK值。
[0025]具体来说，所述处理单元包括一处理器，所述处理器处理得到所述机床生产工件的CPK值。
[0026]本发明的有益效果是:通过测量探头进行测量、处理单元进行计算，可以实现工件尺寸的自动测量、机床生产工件的CPK值的自动测定，无需停机，无需人工干预，节省了大量人力和时间，极大地方便了客户使用，提高了整体生产效率。另外用户还可以根据工件公差、类型不同自由编写软件程序，自由指定公差要求，自由指定测量次数，方便快捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1表示人工测量CPK值流程图；
[0028]图2表示本发明的原理图；
[0029]图3表示本发明实施例中检测单元的连接图；
[0030]图4表示本发明实施例中检测单元的示意图；
[0031 ]图5表示本发明实施例的流程图；
[0032]图6表示本发明实施例中MACRO宏程序流程图；[0033]图7表不本发明实施例中的原理图。
[0034]其中图中:1-处理单元，2-控制单元，3-测量探头，101-处理器，102-输出单元，103-存储单元，201-数控机床NC系统，202-测量探头，203-测量探头接收装置，204-主轴头，205-工件，206-工作台。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
[0036]本发明提供一种机床生产工件的CPK值测量方法，包括如下步骤:利用机床的控制单元控制机床的测量探头，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元；处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值。
[0037]本发明用测量探头对工件尺寸的测量过程代替了人工测量，用处理单元对测量信号的处理得到CPK值，从而代替了人工计算。通过完成对机床加工工件设定次数的测量，得到计算CPK值需要的多组测量数据。然后根据CPK计算公式来计算出机床生产工件的CPK值。计算出的机床生产工件的CPK值输出，提醒用于记录和保存机床生产工件的CPK值。本发明实现了对不同类型和不同公差的工件尺寸的自动测量和机床生产工件的CPK值的自动测定，大大提高了效率。
[0038]本发明还公开了一种机床生产工件的CPK值测量设备，包括测量探头，用于测量产工件的尺寸数据；控制单元，与测量探头相连接，用于控制测量探头工作，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元；处理单元，与控制单元相连接，用于接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值。
[0039]在本发明中，处理单元通过控制单元与测量探头进行双向通信。这样，处理单元既能通过控制单元实时控制测量探头，也能及时接收并处理测量探头测得的测量信号得到CPK值。本发明用测量探头代替了人工测量，用处理单元代替了人工计算，实现不同类型和不同公差的工件尺寸的自动测量和机床生产工件的CPK值的自动测定。
[0040]结合附图和具体实施例先对本发明机床生产工件的CPK值自动测量设备的组成和各单元器件的连接关系进行一下说明。
[0041]图2为本发明的测量原理图，测量探头3与控制单元2进行双向通信连接，控制单元2与处理单元I双向通信连接控制。处理单元既能通过控制单元实时控制测量探头，也能及时接收并处理测量探头测得的测量信号得到CPK值。具体地，处理单元I包括连接控制单元2的处理器101，还包括存储单元103、输出单元102。存储单元103用来存储软件程序和测量探头2测得的测量信号的值，以供处理单元I的处理器101进行随时调取使用。处理单元I的处理器101计算出的CPK值由输出单元102输出，并保存在处理单元I的存储单元103中。输出单元102包括显示器输出，还包括发出声音信息来提示用户对计算出的CPK进行保存或其它操作。存储单元103还用来保存处理单元I树立得到的CPK值。机床处理单元I设定所述测量探头的测量次数。CPK计算公式的公差由所述处理单元I设定。
[0042]数控机床的NC系统包括处理单元和控制单元。处理单元为数控机床的主机，控制单元为数控机床的PLC等控制器件。
[0043]图3为本发明实施例检测单元的具体连接图。测量探头包括测量探头202和测量探头接收装置203。测量探头202与数控机床NC系统201双向通信，测量探头202与测量探头接收装置203通讯连接。图4中，测量探头202与机床主轴头204进行固定配合。测量探头接收装置203安置于测量探头202有效的通信范围内。工件205置于工作台206上进行加工。测量探头202可以在主轴头204的伺服电机的带动下，与主轴头204 —起移动来进行运动，完成测量。本发明实施例中的测量探头为0MP60自动测量探头。本发明实施例中的测量探头202的探头触碰到工件后立即给数控机床NC系统反馈一个测量信号。通过该测量信号，数控机床NC系统记录此时测量探头探头的坐标。测量探头202的探头触碰工件另一点，数控机床NC系统记录此时测量探头探头的坐标。通过两点坐标值的计算，即可得出两点的距离。
[0044]结合附图和具体实施例对本发明机床生产工件的CPK值自动测量方法的具体步骤流程进行详细的介绍和说明。
[0045]图7中，数控机床NC系统的主机通过主程序调用MACRO宏程序。A-数控机床的主机通过执行MACRO宏程序，发出开启测量的信号；B-数控机床的PLC等控制单元接收开启信号后控制0MP60自动测量探头对工件进行测量，0MP60自动测量探头得到的测量信号反馈给数控机床NC系统的主机；C-数控机床NC系统的主机同样通过执行MACRO宏程序发出关闭信号，机床的PLC等控制单元接收所述关闭信号后控制0MP60自动测量探头停止对工件测量；D_数控机床NC系统的主机通过执行MACRO宏程序处理所述测量信号得出机床生产工件的CPK值。
[0046]其中通过执行MACRO宏程序，数控机床NC系统的主机发出开启测量的信号；数控机床的PLC接收开启信号后控制0MP60自动测量探头对工件测量，0MP60自动测量探头得到的测量信号反馈给数控机床NC系统的主机。上述两个步骤可以依次重复任意次，得到对应个测量信号于数控机床NC系统的主机通过执行MACRO宏程序处理测量信号得出机床生产工件的CPK值。
[0047]如本发明实施例流程图图5所示，数控机床NC系统的在工件加工完成后主机通过主程序调用MACRO宏程序，MACRO宏程序运行得到开启信号。数控机床NC系统的主机在执行MACRO宏程序运行的过程中，判断MACRO宏程序中设定的测量次数完成后发出关闭信号结束测量。如果未完成MACRO宏程序中设定的测量次数，数控机床主机控制数控机床进行下一轮的工件加工、测量，直到完成MACRO宏程序中设定的测量次数。
[0048]下面详细介绍图6所示MACRO宏程序的流程。在执行MACRO宏程序的过程中，用M代码来发出0MP60自动测量探头开启信号后，测量探头进行工件测量。测量探头将测量的数据反馈给数控机床的主机，并保存在宏变量中。MACRO宏程序用M代码来发出0MP60自动测量探头关闭信号后，判断MACRO宏程序值预设的测量次数是否完成。如果没有完成预设的测量次数，则返回主程序执行下一轮工件加工，待工件加工完成后进行下一次的测量，直到达到MACRO宏程序中设定的测量次数；如果完成预设的测量次数，则结束测量探头对工件尺寸的测量。测量完成后，MACRO宏程序整合之前预设次数的测量结果，并根据MACRO宏程序中编写的数学公式循环计算出CPK。并保存在宏变量中。最后执行MACRO宏程序发出提示信号，提示客户拷贝CPK值和宏变量中的数据。[0049]其中，MACRO宏程序中的CPK计算公式可以根据不同种类、不同公差的工件进行编写，方便客户进行选择和设置。
[0050]如图7中所示，0MP60自动测量探头测得的数据保存在数控机床主机的存储单元的特定存储地址中。换而言之，MACRO宏程序中宏变量为地址指针，且指向存储单元的特定存储地址。MACRO宏程序也保存在主机的存储单元中，供数控机床的主机进行随时调用和修改。主程序通过调用MACRO宏程序计算得到的CPK值，由数控机床主机的显示器进行显示输出或由蜂鸣器对用户进行声音提示或由三色灯进行闪烁提示等。
[0051]以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本【技术领域】的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种机床生产工件的CPK值测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 利用机床的控制单元控制机床的测量探头，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元； 处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值。
2.如权利要求1所述的机床生产工件的CPK值测量方法，其特征在于，利用机床的控制单元控制机床的测量探头，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元，还包括: 对获取的生产工件的尺寸数据进行保存。
3.如权利要求1所述的机床生产工件的CPK值测量方法，其特征在于，处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值还包括: 对计算出的CPK值进行保存。
4.如权利要求1所述的机床生产工件的CPK值测量方法，其特征在于，利用机床的控制单元控制机床的测量探头，所述机床处理单元设定所述测量探头的测量次数。
5.如权利要求1所述的机床生产工件的CPK值测量方法，其特征在于，处理单元接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值，CPK计算公式的公差由所述处理单元设定。
6.一种机床生产工件的CPK值测量设备，其特征在于，包括 测量探头，用于测量产工件的尺寸数据； 控制单元，与测量探头相连接，用于控制测量探头工作，以获取生产工件的尺寸数据，并将获取的尺寸数据发送给机床的处理单元； 处理单元，与控制单元相连接，用于接收生产工件的尺寸数据，选取N个生产工件的尺寸数据，N为大于10的整数，并利用CPK计算公式来计算出CPK值。
7.如权利要求6所述的机床生产工件的CPK值测量设备，其特征在于，所述处理单元包括一存储单元，所述存储单元用于保存所述测量探头的测量数据和所述机床生产工件的CPK 值。
8.如权利要求6所述的机床生产工件的CPK值测量设备，其特征在于，所述处理单元包括一输出单元，所述输出单元用于输出所述机床生产工件的CPK值。
9.如权利要求6所述的机床生产工件的CPK值测量设备，其特征在于，所述处理单元包括一处理器，所述处理器处理得到所述机床生产工件的CPK值。
【文档编号】B23Q17/00GK103909443SQ201310007873
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】朱海峰 申请人:斗山机床（烟台）有限公司