王 飛

(成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)備公司，四川 成都610092)

數(shù)控機(jī)床是一種精密度及科技含量高的專(zhuān)門(mén)用于加工形狀復(fù)雜工件的機(jī)床，尤其是五軸加工中心，具有高效率、高精度的特點(diǎn)。為了提高加工效率，目前的加工中心都配有測(cè)量功能，并將測(cè)量的結(jié)果用于零點(diǎn)偏移的補(bǔ)償、刀具的自動(dòng)補(bǔ)償以及在線檢測(cè)功能中[1]。本文以本單位自行改造的五軸立式加工中心為例，使用RENISHAW RMI-Q和840D sl數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行連接,通過(guò)RMP測(cè)頭對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)偏移補(bǔ)償功能，擯棄傳統(tǒng)工人所使用的式件找正辦法，極大地降低了工作難度，同時(shí)提高了工件加工的準(zhǔn)確度。

1 測(cè)頭調(diào)試

測(cè)頭調(diào)試需將RENISHAW RMI-Q和西門(mén)子840 D sl數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行硬件連接，并進(jìn)行PLC的編制及參數(shù)設(shè)置。

1.1 硬件連接

如圖1所示，將RMI-Q的測(cè)頭信號(hào)連接至數(shù)控系統(tǒng)的高速輸入通道X122.13進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入工作。

1.2 測(cè)頭配對(duì)

在系統(tǒng)初始調(diào)試過(guò)程中，需要采用觸發(fā)邏輯(Trigger Logic)對(duì)RMI-Q和RMP進(jìn)行配對(duì)。觸發(fā)邏輯采用的方式為RMP觸發(fā)、裝入電池、RMP再次觸發(fā)的順序，并觀察RMP的LED燈狀態(tài)變化。調(diào)試步驟如下：

步驟1：取下測(cè)頭電池，時(shí)間大于5 s，重新裝回電池，偏轉(zhuǎn)探針，測(cè)頭進(jìn)入調(diào)試模式，LED燈紅綠藍(lán)交替閃爍；

步驟2：觀測(cè)LED指示，檢測(cè)電池狀態(tài)，電量良好,LED紅燈持續(xù)閃爍；

步驟3：更改測(cè)頭的關(guān)閉方法，選擇光學(xué)關(guān)閉法,LED紅燈閃爍兩次后長(zhǎng)閃爍一次；

步驟4：更改增強(qiáng)型觸發(fā)過(guò)濾器設(shè)定，默認(rèn)關(guān)閉LED綠燈閃爍兩次后紅燈長(zhǎng)閃爍一次；

步驟5：更改測(cè)頭識(shí)別方法，選擇啟動(dòng)過(guò)濾器關(guān)閉法，LED藍(lán)燈閃爍兩次后紅燈長(zhǎng)閃爍一次；

步驟6：更改光學(xué)功率,選擇標(biāo)準(zhǔn)，LED黃燈閃爍兩次后，綠燈長(zhǎng)閃爍一次；

步驟7：返回到更改測(cè)頭關(guān)閉方式，設(shè)定完成，LED紅燈閃爍兩次后，長(zhǎng)閃爍一次。

備注：配對(duì)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)配對(duì)中途指示燈閃爍時(shí)間過(guò)短的問(wèn)題，此時(shí)只能重新取下電池繼續(xù)未完成的配對(duì)，直到所有參數(shù)設(shè)置完畢。

1.3 PLC程序編制

RMI和RMP配對(duì)完成后，需要通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的程序指令將其激活，編制如下S7-300 PLC程序[2]。

測(cè)量啟動(dòng)子程序：

A“DB21”.MDyn[64] DB21.DBX202.0

S“Measure” Q45.2

測(cè)量停止子程序：

O“DB21”.MDyn[65] DB21.DBX202.1

O“KEY_RESET” I3.7

ON“POWER_ON_OK” M202.0

R“Measure” Q45.2

測(cè)頭電池報(bào)警子程序：

A“MEASURE_BATTERY_ALARM” I35.2

= DB2.DBX186.0

測(cè)頭錯(cuò)誤報(bào)警子程序：

A“MEASURE_ERROR” I35.3

= DB2.DBX186.1

2 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試

硬件連接及調(diào)試后，對(duì)相應(yīng)的機(jī)床選件及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置以激活數(shù)控系統(tǒng)和該測(cè)量頭的功能。

2.1 測(cè)量選件激活

西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)自帶測(cè)量循環(huán)功能，如使用則需要購(gòu)買(mǎi)選件P28，如圖2所示。

2.2 機(jī)床參數(shù)設(shè)置

840D sl數(shù)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的機(jī)床參數(shù)如表1所示[3]。

2.3 探頭功能測(cè)試

參數(shù)調(diào)試完成后，需檢測(cè)探頭功能是否正常工作。步驟如下：

表1 測(cè)量功能相關(guān)機(jī)床參數(shù)

序號(hào)參數(shù)設(shè)置參數(shù)定義1P0728 bit11 ,bit15=1X122.13設(shè)為輸入2P0680[0] Central probe input terminal =3中央測(cè)頭端3P0680[1] Central probe input terminal =3中央測(cè)頭端4P0680[2] Central probe input terminal = 3中央測(cè)頭端5P0488[0] Probe1 input terminal sensor1 =0測(cè)頭輸入端子編碼器16P0488[1] Probe1 input terminal sensor2 =0測(cè)頭輸入端子編碼器27P0488[2] Probe1 input terminal sensor3 =0測(cè)頭輸入端子編碼器38MD13200[0] $MN_MEAS_PROBE_LOW_ACTIVE=0測(cè)頭高電平有效9MD13210 $MN_MEAS_TYPE =1分散驅(qū)動(dòng)的測(cè)量類(lèi)型10MD51750 $MNS_J_MEA_M_DIST=5AUTO方式工件測(cè)量范圍為5 mm11MD51751 $MNS_J_MEA_M_DIST_MANUELL =10JOG方式工件測(cè)量范圍為10 mm12MD51755 $MNS_J_MEA_MEASURING_FEED=300工件測(cè)量速率13MD51757$MNS_J_MEA_COLL_MONIT_FEED=1000測(cè)頭碰撞監(jiān)控速率14MD51758 $MNS_J_MEA_COLL_MONIT_POS_FEED =1000測(cè)頭碰撞監(jiān)控定位速率15SD55630 $SCS_MEA_FEED_MEASURE=300標(biāo)定工件測(cè)頭時(shí)的測(cè)量進(jìn)給率16SD54780 $SNS_J_MEA_FUNC-TION_MASK_PIECE=512配置操作區(qū)“加工”JOG 方式“測(cè)量”功能的輸入對(duì)話框。17MD18120 $MN_MM_NUM_GUD_NAMES_NCK=50指定全局用戶(hù)變量名的數(shù)量(SRAM)18MD18130 $MN_MM_NUM_GUD_NAMES_CHAN=350指定通道專(zhuān)用用戶(hù)變量名的數(shù)量19MD18150 $MN_MM_GUD_VALUES_MEM=128指定全部通道內(nèi)全局用戶(hù)變量值的存儲(chǔ)位置(SRAM)20MD18170 $MN_MM_NUM_MAX_FUNC_NAMES=400指定附加功能的數(shù)量(循環(huán),DRAM)21MD18180 $MN_MM_NUM_MAX_FUNC_PARAM=6000指定 MD18170 用于循環(huán)的附加參數(shù)數(shù)量

步驟1:機(jī)床上電，激活測(cè)頭后，手動(dòng)觸發(fā)測(cè)頭，觀測(cè)PLC信號(hào)DB10.DBX107.0是否翻轉(zhuǎn)，若翻轉(zhuǎn)則功能正常。

步驟2：編制程序 N10 G1 F300 X300 Z200 MEAS=-1，N20 G1 F300 X300 Y100 MEAS=1；觸碰探頭后程序停止，探頭功能正常。

步驟3：檢測(cè)系統(tǒng)變量$AC_MEA[1]、$AA_MM<軸名>、$AA_MW<軸名>所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，確定測(cè)量數(shù)據(jù)是否被存儲(chǔ)。

3 測(cè)量功能應(yīng)用

測(cè)量功能目前在改造的機(jī)床中主要用于工件坐標(biāo)系(WCS)的建立包括旋轉(zhuǎn)(ROT)、偏移(TRANS)及鏡像(MIRROR)功能以提高工件的加工效率。

3.1 測(cè)頭校準(zhǔn)

探頭在首次使用時(shí)需要進(jìn)行校準(zhǔn)工作，包括長(zhǎng)度和半徑的校準(zhǔn)，如圖3～4所示。校準(zhǔn)過(guò)程需使用標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)規(guī)和方塊，校準(zhǔn)完成后系統(tǒng)自動(dòng)將半徑和長(zhǎng)度寫(xiě)入刀具參數(shù)中。

3.2 工件坐標(biāo)系建立

工件加工的工件坐標(biāo)系由通道基本偏移、可設(shè)定零偏及可編程零偏三部分組成，測(cè)量得到的為可設(shè)定零偏部分，探頭校準(zhǔn)完成后可對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量工作。如圖5所示，OPERATE界面下的邊對(duì)齊測(cè)量如下：系統(tǒng)通過(guò)探頭讀取P1、P2的坐標(biāo)點(diǎn)位置完成工件坐標(biāo)系的偏轉(zhuǎn)，并將相應(yīng)的偏移(TRANS)及旋轉(zhuǎn)(ROT)數(shù)據(jù)寫(xiě)入G54中，完成可設(shè)定零偏的數(shù)據(jù)處理。

3.3 工件坐標(biāo)系測(cè)量原理

如圖5所示，操作人員按下CYCLE START，840D sl系統(tǒng)調(diào)用CUST_MEACYC，此時(shí)需將M64指令寫(xiě)入該程序中，用以激活測(cè)頭；測(cè)頭激活完成后系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前界面下的測(cè)量方案激活相應(yīng)的測(cè)量循環(huán)，邊對(duì)齊對(duì)應(yīng)的測(cè)量循環(huán)為CYCLE998，相應(yīng)的其他測(cè)量方案所對(duì)應(yīng)不同的測(cè)量循環(huán)；測(cè)量完成后將機(jī)床各軸的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到相應(yīng)的系統(tǒng)變量中，并寫(xiě)入到G54，G55，…，G599等偏移坐標(biāo)系中。邊對(duì)齊對(duì)應(yīng)的參數(shù)如表2所示[4]。

3.4 840D sl測(cè)量循環(huán)執(zhí)行及參數(shù)傳遞過(guò)程

步驟1: Operate界面下測(cè)量開(kāi)始

步驟2:調(diào)用CUST_MEACYC(在該程序中加入測(cè)頭激活M指令) M64 G04F1

步驟3: 相應(yīng)的CYCLEXXX，如圖5所示邊對(duì)齊調(diào)用的為CYCLE998

步驟4：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在如表2所示的系統(tǒng)變量中

步驟5: 數(shù)據(jù)寫(xiě)入：測(cè)量完成后，自動(dòng)獲取零偏并寫(xiě)入零偏數(shù)據(jù) $P_UIFR[零偏編號(hào)，軸名，變換類(lèi)型]，其中零偏編號(hào)和偏移坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)：0對(duì)應(yīng)G500、1對(duì)應(yīng)G54、2對(duì)應(yīng)G55；軸名有X、Y、Z；變換類(lèi)型包括TR、FI、RT、SC、MI。如圖6所示為測(cè)量循環(huán)執(zhí)行過(guò)程中工件坐標(biāo)數(shù)據(jù)的疊加。

3.5 工件加工最終工件坐標(biāo)系WCS的建立

如圖6所示，測(cè)量循環(huán)執(zhí)行完成后系統(tǒng)得到$P_IFRAME(當(dāng)前可設(shè)定偏移)，再結(jié)合OPERATE界面下的$P_BFRAME (通道基本偏移)和程序中的$P_PFRAME(可編程偏移)得到實(shí)際的偏移數(shù)據(jù)$P_ACTFRAME (只讀)= $P_BFRAME+ $P_IFRAME+ $P_PFRAME，即為最終工件加工狀態(tài)下由機(jī)床坐標(biāo)系MCS轉(zhuǎn)換為工件坐標(biāo)系WCS的偏移值。

表2 “邊對(duì)齊”對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)變量

編號(hào)系統(tǒng)變量定義單位1_OVR[0]角度目標(biāo)值度2_OVR[4]角度實(shí)際值度3_OVR[16]角度“實(shí)際-目標(biāo)”差值度4_OVR[20]角度校正值度5_OVR[28]置信區(qū)域度6_OVR[30]經(jīng)驗(yàn)值度7_OVR[0]零偏編號(hào)-8_OVR[2]測(cè)量循環(huán)編號(hào)-9_OVR[5]測(cè)頭編號(hào)-10_OVR[7]經(jīng)驗(yàn)值存儲(chǔ)器編號(hào)-11_OVR[9]報(bào)警號(hào)-

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)量循環(huán)目前已成為加工中心所必備的一項(xiàng)功能，用于提高工件的加工效率、降低操作工的工作難度及在線監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。本文介紿的調(diào)試流程、調(diào)試過(guò)程中參數(shù)的傳遞原理及工件坐標(biāo)系建立的完整過(guò)程，能夠有效地解決機(jī)床在改造及升級(jí)過(guò)程中的測(cè)量循環(huán)功能的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。