潘卓夫　梁文達(dá)

(武漢華中數(shù)控股份有限公司，湖北 武漢 430223)

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工件測(cè)量在華中8型數(shù)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法*

潘卓夫梁文達(dá)

(武漢華中數(shù)控股份有限公司，湖北 武漢 430223)

介紹了配置華中8型數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床使用觸發(fā)式測(cè)頭進(jìn)行在線工件測(cè)量時(shí)，自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的組成、工作原理以及測(cè)量程序的編制方法。

數(shù)控系統(tǒng)；工件測(cè)量系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶使用數(shù)控機(jī)床加工的零件越來越復(fù)雜，用戶對(duì)數(shù)控機(jī)床加工出來的成品工件的精度要求也越來越高，對(duì)機(jī)床的加工效率要求也越來越高。

在傳統(tǒng)操作方式下，需要操作者在加工之前進(jìn)行手動(dòng)找正工件和刀具設(shè)定等輔助設(shè)置。在這些輔助操作的過程中，測(cè)量精度很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)，操作時(shí)間長，加工效率低。特別是在成批量加工工件的時(shí)候，加工精度無法保證。

因此，自動(dòng)工件測(cè)量是提高數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化加工水平和保證工件加工精度的有效方法，采用自動(dòng)工件測(cè)量系統(tǒng)，在加工前可協(xié)助操作者進(jìn)行工件的裝夾找正，自動(dòng)完成工件坐標(biāo)系的設(shè)定，從而可簡化工裝夾具，節(jié)省夾具費(fèi)用，縮短輔助時(shí)間，提高加工效率；在加工中和加工后可自動(dòng)對(duì)工件尺寸進(jìn)行在線測(cè)量，并能根據(jù)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)生成誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)反饋到數(shù)控系統(tǒng)，以保證工件的尺寸精度及批量工件的尺寸一致性；采用機(jī)內(nèi)在線測(cè)量還可避免將工件移至測(cè)量機(jī)測(cè)量所帶來的二次誤差，從而可提高加工精度及精度保持性，通過一次切削即可獲得合格產(chǎn)品，大大增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的智能化程度。

1　工件測(cè)量的原理

用于數(shù)控機(jī)床上的工件測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量硬件和測(cè)量軟件程序組成。工件測(cè)量系統(tǒng)一般均采用觸發(fā)式測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)(如英國Renishaw公司的OMP40觸發(fā)式測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)) 。使用時(shí)，一般是將觸發(fā)式測(cè)頭假設(shè)作為一把刀具安裝在刀庫的某一刀位上 ,用于測(cè)量工件尺寸 。當(dāng)?shù)都芤苿?dòng)、測(cè)頭接觸工件時(shí)則被觸發(fā)使數(shù)控系統(tǒng)記下測(cè)頭位置,數(shù)控系統(tǒng)通過相應(yīng)的程序計(jì)算出工件尺寸。在數(shù)控機(jī)床上 ,觸發(fā)式測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)XYZ平面、內(nèi)孔/外圓的測(cè)量等等 。觸發(fā)式測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)通常由觸發(fā)式測(cè)頭、信號(hào)傳輸和接收器、聯(lián)接CNC系統(tǒng)的控制器接口裝置 、坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)采集 、處理和測(cè)量誤差補(bǔ)償系統(tǒng) 、測(cè)量結(jié)果自動(dòng)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)等幾部分組成 。

測(cè)量系統(tǒng)生產(chǎn)廠商，一般會(huì)提供測(cè)量工件的基本程序和軟件。但是，由于各個(gè)數(shù)控系統(tǒng)廠家的不同，機(jī)床用戶的測(cè)量工件也各不相同，很多情況下，需要用戶根據(jù)實(shí)際情況，自行編寫測(cè)量程序。

2　華中8型數(shù)控系統(tǒng)下的工件測(cè)量程序的編制思路

在華中8型數(shù)控系統(tǒng)中，我們使用宏程序來編制完成工件測(cè)量的動(dòng)作，在測(cè)量過程中，使用非模態(tài)調(diào)用方式G65來調(diào)用這些宏程序編寫而成的子程序，進(jìn)而達(dá)到工件測(cè)量的目的。華中8型數(shù)控系統(tǒng)為用戶配備了強(qiáng)大的類似于高級(jí)語言的宏程序功能，用戶可以使用變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和函數(shù)的混合運(yùn)算。此外，宏程序還提供循環(huán)語句、分支語句和子程序調(diào)用語句，可以用于實(shí)現(xiàn)加工循環(huán)指令和復(fù)雜工件的加工。

G65的使用格式如下：G65P_L_[自變量地址字]。其中參數(shù)含義見表1。

3　工件測(cè)量的具體實(shí)現(xiàn)

在華中8型數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置本測(cè)量循環(huán)后，在機(jī)床上用接觸式探針可以對(duì)工件進(jìn)行尺寸與角度測(cè)量。執(zhí)行表2中參數(shù)的測(cè)量動(dòng)作，并且在測(cè)量完成后可以自動(dòng)執(zhí)行工件原點(diǎn)設(shè)定或刀具補(bǔ)償值修正，同時(shí)將測(cè)量結(jié)果輸出到宏變量中。

表1參數(shù)含義

表2宏程序系統(tǒng)使用的部分變量

宏變量自變量名#0—#25字母A—Z#30—#38X—W軸的位置#1000—#1008機(jī)床軸的當(dāng)前位置:X—W#1010———#1018機(jī)床軸的編程位置:X—W#1020———#1028機(jī)床軸的編程工件位置:X—W#1030———#1038機(jī)床軸的當(dāng)前工件零點(diǎn)位置:X—W#1150—#1169G代碼模態(tài)值0—19組

華中8型數(shù)控系統(tǒng)宏程序使用的部分運(yùn)算指令見表3。

表3測(cè)量用的運(yùn)算指令

運(yùn)算種類運(yùn)算指令含義算術(shù)運(yùn)算#i=#i+#j加法運(yùn)算,#i加#j#i=#i-#j減法運(yùn)算,#i減#j#i=#i*#j乘法運(yùn)算,#i乘#j#i=#i/#j除法運(yùn)算,#i除#j條件運(yùn)算#iEQ#j等于判斷(=)#iNE#j不等于判斷(≠)#iGT#j大于判斷(>)#iGE#j大于等于判斷(≥)#iLT#j小于判斷(<)#iLE#j小于等于判斷(≤)邏輯運(yùn)算#i=#i&#j與邏輯運(yùn)算#i=#i|#j或邏輯運(yùn)算#i=～#i非邏輯運(yùn)算

測(cè)量工件時(shí)，測(cè)頭在使用過程中，第一步需要對(duì)測(cè)量探頭進(jìn)行標(biāo)定；第二步移動(dòng)探頭時(shí)，需要使用受保護(hù)的定位移程序來移動(dòng)測(cè)量探頭，避免測(cè)量探頭在移動(dòng)過程中因?yàn)榕鲎惨馔馐軗p；第三步是根據(jù)測(cè)量工件的不同，選用不同的測(cè)量子程序。

表4Z軸測(cè)量動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)

宏程序代碼代碼注釋%9013 ;測(cè)量移動(dòng),二次觸發(fā)測(cè)量IF[AR[#23]EQ0]AND[AR[#24]EQ0]AND[AR[#25]NE0];如果定義了Z 未定義XYG31L3G91G01Z[#25]F[#5];Z方向快速定位移動(dòng),使用G31跳段指令M90IF#1190&32如果測(cè)頭移動(dòng)過程中,碰撞到測(cè)量工件。G91G01Z[-#25/ABS[#25]*0.5]F[#5];快速后退0.5mm的距離以保證測(cè)頭復(fù)位M90IF#1190&32;判斷測(cè)頭是否已經(jīng)復(fù)位G110P-8015使用G110,調(diào)用P-8015號(hào)報(bào)警:8015測(cè)頭后退距離不足,未能復(fù)位。ENDIFG31L3G91G01Z[#25/ABS[#25]]F[#16];向前慢速測(cè)量,精確定位Z軸坐標(biāo)ELSEG110P-8003;定位移動(dòng)未找到目標(biāo);使用G110,調(diào)用P-8003號(hào)報(bào)警:8003測(cè)量期間未檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)ENDIFENDIF

在工件測(cè)量的過程中，進(jìn)給軸的基本移動(dòng)測(cè)量是測(cè)量過程中的最基本測(cè)量動(dòng)作。下面以各進(jìn)給軸的基本測(cè)量移動(dòng)為例子，說明華中8型數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工件測(cè)量的基本原理

進(jìn)給軸的基本測(cè)量移動(dòng)動(dòng)作如圖1所示：

(1)以快速移動(dòng)速度F進(jìn)給到被測(cè)量表面。這樣能有效地到達(dá)跳步信號(hào)出現(xiàn)位置，粗略地確定被測(cè)量面的表面位置。(2)中間的回退移動(dòng)是使探針離開測(cè)量表面，這一過程包括快速移動(dòng)到跳步位置。(3)最后是慢速Q(mào)向測(cè)量表面移動(dòng)，這次移動(dòng)中，測(cè)量程序?qū)⒂?jì)算出真實(shí)的表面位置，測(cè)頭精確碰到工件后，停止移動(dòng)，等待后續(xù)程序處理數(shù)值。

宏程序?qū)崿F(xiàn)這一測(cè)量Z軸坐標(biāo)的動(dòng)作過程：

調(diào)用格式：G90/G91G65P9013X_Y_Z_(F_Q_)

備注：XYZ：測(cè)量移動(dòng)的目標(biāo)位置，只能輸入單個(gè)軸，否則不進(jìn)行任何移動(dòng)。

表4是Z軸測(cè)量定位的具體實(shí)現(xiàn)，使用以上的基本編程思路，用戶通過擴(kuò)展、組合，就可以編制出適合于不同工件的測(cè)量子程序，在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)使用接觸式探針對(duì)工件進(jìn)行尺寸與角度測(cè)量。 筆者編寫完成的測(cè)量子程序中，可以實(shí)現(xiàn)以下的測(cè)量動(dòng)作： X/Y/Z單個(gè)平面位置測(cè)量；2個(gè)平面/3個(gè)平面的交點(diǎn)位置測(cè)量；凸臺(tái)/凹槽的中點(diǎn)/寬度測(cè)量；內(nèi)孔/外圓的圓心/直徑測(cè)量；X/Y/Z平面角度測(cè)量，等等測(cè)量功能。 并且在測(cè)量完成后可以自動(dòng)執(zhí)行工件原點(diǎn)設(shè)定或刀具補(bǔ)償值修正，同時(shí)將測(cè)量結(jié)果輸出到宏變量中。

4　結(jié)語

華中數(shù)控提供的宏程序編程功能十分強(qiáng)大，用戶可以按照具體工件的測(cè)量動(dòng)作和工件檢測(cè)要求，使用系統(tǒng)提供的宏編程功能，編制出自己所需要的的測(cè)量程序。筆者使用上面的宏程序編程方法，編寫了一套完整的工件測(cè)量程序。本套工件測(cè)量程序，已經(jīng)在華中數(shù)控系統(tǒng)的用戶處實(shí)際使用，特別是在一些航空航天用戶廠家加工復(fù)雜的航空航天零部件的過程中，節(jié)省了加工輔助時(shí)間，提高了機(jī)床的加工效率，節(jié)約了整體的加工時(shí)間，并且保證了成品工件的精度的一致性，取得了比較好的使用效果，獲得了用戶的認(rèn)可和好評(píng)。

(編輯李靜)

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