在線檢測(cè)系統(tǒng)在數(shù)控車(chē)床中的應(yīng)用

張軍 王英英

摘要：在線檢測(cè)技術(shù)為數(shù)控加工質(zhì)量監(jiān)控提供了更有效的方法。鑒于此，在FANUC數(shù)控車(chē)床加工過(guò)程中，利用雷尼邵測(cè)頭對(duì)加工工件等進(jìn)行在線檢測(cè)，通過(guò)測(cè)量值分析、計(jì)算，實(shí)現(xiàn)工件定位、加工尺寸的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)補(bǔ)償，從而大大提高了生產(chǎn)效率，確保了加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：雷尼邵測(cè)頭;FANUC;數(shù)控車(chē);檢測(cè)

0? ? 引言

數(shù)控機(jī)床上使用工件測(cè)頭進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，可方便工件的安裝調(diào)整，簡(jiǎn)化工裝夾具，大大縮短機(jī)床輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)使機(jī)床既能實(shí)現(xiàn)工件加工，又可進(jìn)行工件測(cè)量，顯著提高了車(chē)間車(chē)削加工效率。雷尼邵測(cè)頭用于在數(shù)控臥式車(chē)床上自動(dòng)設(shè)定加工零點(diǎn)，測(cè)量零件尺寸（直徑、深度、寬度、自動(dòng)根據(jù)檢測(cè)值修改程序或者加工參數(shù)），減少加工過(guò)程中的人工介入，從而提高效率，降低廢品率;同時(shí)對(duì)零件的加工尺寸建立報(bào)告文件，存儲(chǔ)在機(jī)床或者上傳到計(jì)算機(jī)中。雷尼邵OMP400測(cè)頭由英國(guó)雷尼邵公司生產(chǎn)，廣泛用于數(shù)控車(chē)床、加工中心、數(shù)控磨床等數(shù)控機(jī)床，測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地安裝在配置FANUC系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床刀塔上（占用1個(gè)刀位），精度保持期長(zhǎng)，運(yùn)行控制穩(wěn)定可靠，測(cè)量操作方式簡(jiǎn)潔。

1? ? 工件測(cè)量系統(tǒng)硬件、軟件

1.1? ? 硬件

工件測(cè)量系統(tǒng)OMP400技術(shù)指標(biāo)（紅外傳輸測(cè)頭）：紅外傳輸距離為6 m，重復(fù)精度為0.25 μm;打開(kāi)關(guān)閉方式：M代碼打開(kāi)/關(guān)閉，自動(dòng)打開(kāi)/延時(shí)關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)打開(kāi)/關(guān)閉。

1.2? ? 軟件

測(cè)量宏程序（存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)中，在需要測(cè)量時(shí)調(diào)用），INSPECTION機(jī)內(nèi)測(cè)量循環(huán)（宏程序）：該軟件提供了如點(diǎn)、圓、凸臺(tái)、凹槽、拐角等的檢測(cè)程序存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)中。用戶根據(jù)檢測(cè)需要在機(jī)床內(nèi)調(diào)用相應(yīng)的測(cè)量循環(huán)進(jìn)行測(cè)量。零件加工完成后，可以將檢測(cè)數(shù)據(jù)生成測(cè)量報(bào)告，并將報(bào)告存檔到服務(wù)器。

2? ? 在線測(cè)量原理

雷尼邵無(wú)線測(cè)頭由無(wú)線接收端和測(cè)頭組成。利用雷尼邵測(cè)頭對(duì)工件等進(jìn)行在線檢測(cè)，通過(guò)測(cè)量值分析、計(jì)算及反饋，可實(shí)現(xiàn)加工工件尺寸的實(shí)時(shí)監(jiān)控及自動(dòng)補(bǔ)償。

當(dāng)測(cè)頭移動(dòng)碰到工件時(shí)，接通測(cè)頭內(nèi)部信號(hào)，通過(guò)無(wú)線接收端發(fā)送給系統(tǒng)I/O模塊，系統(tǒng)接收到信號(hào)后，記錄下當(dāng)前的數(shù)值，利用FANUC系統(tǒng)宏變量功能，在界面顯示相應(yīng)測(cè)量值，用戶可以方便地進(jìn)行檢測(cè)調(diào)整（圖1）。

檢測(cè)零件加工零點(diǎn)在坐標(biāo)系中的實(shí)際位置，并將檢測(cè)值自動(dòng)更新到加工坐標(biāo)系中;檢測(cè)零件尺寸，如寬度、孔徑、孔深等，并根據(jù)測(cè)量出的實(shí)際值進(jìn)行判斷，產(chǎn)生后續(xù)處理步驟（調(diào)整坐標(biāo)系、刀具參數(shù)、加工程序或者讓程序暫停等）。

3? ? 安裝及調(diào)試步驟

3.1? ? 測(cè)頭安裝調(diào)整

數(shù)控臥式車(chē)床使用測(cè)頭時(shí)，測(cè)頭通過(guò)圓柱刀柄可與車(chē)床刀塔連接，測(cè)頭安裝要與Z軸平行，同時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量環(huán)同心，如圖2所示。

3.2? ? 測(cè)頭接線與調(diào)試

FANUC系列系統(tǒng)測(cè)頭信號(hào)直接與PMC中的X4.7跳轉(zhuǎn)信號(hào)相連接即可，該接口是此類系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。但本機(jī)床PMC輸入點(diǎn)數(shù)定義輸入信號(hào)時(shí)，將輸入信號(hào)地址分配給了X30-X32，而X4.7未定義，如果重新分配I/O地址，則相應(yīng)梯形圖也要改變。為了盡可能方便改造，利用系統(tǒng)參數(shù)3012對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行偏移，這樣工件測(cè)量時(shí)就可以利用M90喚醒測(cè)頭，當(dāng)測(cè)頭觸碰工件時(shí)，無(wú)線接收端接收到信號(hào)，X33.7閉合，通過(guò)宏程序系統(tǒng)變量#138記錄測(cè)量值。

3.3? ? 測(cè)量方法

測(cè)量時(shí)，先對(duì)測(cè)頭進(jìn)行校準(zhǔn)，Z軸方向利用測(cè)頭觸碰標(biāo)準(zhǔn)環(huán)端面，利用程序（不含宏程序）：

O0001

G54;

T0909;

M90;

G65 P9810 Z5. F1000;

G65 P9801 Z0. T1;

G65 P9810 Z100. F1000;

M91;

M30;

再校準(zhǔn)X方向，即標(biāo)定中心位置，移動(dòng)測(cè)頭使測(cè)頭觸碰標(biāo)準(zhǔn)環(huán)兩內(nèi)側(cè)運(yùn)行程序：

O0002

T0101;

M90;

G65 P9810 X0. Z-5. F1000;

G65 P9802 X100.T01;

G65 P9810 Z100. F1000;

M91;

M30;

最后測(cè)量測(cè)頭直徑：

O0003

T0101;

M90;

G65 P9810 X0. Z-5. F1000;

G65 P9803 X標(biāo)準(zhǔn)環(huán)直徑 T01;

G65 P9810 Z100. F1000;

M91;

M30;

以上校準(zhǔn)完成后，后續(xù)可以對(duì)加工工件進(jìn)行測(cè)量：

O0004

G54;

T0101;

M90;

G65 P9810 X0.Z10. F1000;

G65 P9810 Z-5. F1000;

G65 P9812 X待測(cè);

M00;

G65 P9810 Z100 F1000;

M91;

M30

測(cè)量尺寸可直接在宏變量中查到，用戶可以根據(jù)工藝尺寸相應(yīng)調(diào)整加工尺寸。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)臥式數(shù)控車(chē)床工件測(cè)頭的調(diào)試，并與三坐標(biāo)比較，重復(fù)測(cè)量精度≤3 μm，完全符合生產(chǎn)要求，這就大大縮短了其自身檢測(cè)輔助的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也進(jìn)一步提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。測(cè)量尺寸可直接在宏變量中查到，用戶可以根據(jù)工藝尺寸相應(yīng)調(diào)整加工尺寸。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 史文彬.關(guān)于使用數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量——系統(tǒng)連接的探索與研究[D].太原：中北大學(xué)，2007.

[2] 胡向東.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

[3] 張庚申.面向數(shù)控車(chē)床的在線檢測(cè)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

[4] 北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.發(fā)那科用戶手冊(cè)[Z]，2012.

[5] 龔仲華.FANUC-0iC數(shù)控系統(tǒng)完全應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[6] 北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.發(fā)那科參數(shù)手冊(cè)[Z]，2012.

收稿日期：2020-05-18

作者簡(jiǎn)介：張軍（1987—），男，河北衡水人，工程師，主要從事數(shù)控機(jī)床維修裝調(diào)、改造、研發(fā)，機(jī)電設(shè)備改造，維修智能制造自動(dòng)產(chǎn)線應(yīng)用與研究等工作。