工件測量在華中8型數(shù)控系統(tǒng)中的實現(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)

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工件測量在華中8型數(shù)控系統(tǒng)中的實現(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)控機床使用觸發(fā)式測頭進(jìn)行在線工件測量時，自動測量系統(tǒng)的組成、工作原理以及測量程序的編制方法。

數(shù)控系統(tǒng)；工件測量系統(tǒng)；數(shù)控機床

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶使用數(shù)控機床加工的零件越來越復(fù)雜，用戶對數(shù)控機床加工出來的成品工件的精度要求也越來越高，對機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，測量精度很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗，操作時間長，加工效率低。特別是在成批量加工工件的時候，加工精度無法保證。

因此，自動工件測量是提高數(shù)控機床自動化加工水平和保證工件加工精度的有效方法，采用自動工件測量系統(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)省夾具費用，縮短輔助時間，提高加工效率；在加工中和加工后可自動對工件尺寸進(jìn)行在線測量，并能根據(jù)測量結(jié)果自動生成誤差補償數(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；采用機內(nèi)在線測量還可避免將工件移至測量機測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，大大增強數(shù)控機床的智能化程度。

1　工件測量的原理

用于數(shù)控機床上的工件測量系統(tǒng)由測量硬件和測量軟件程序組成。工件測量系統(tǒng)一般均采用觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)(如英國Renishaw公司的OMP40觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)) 。使用時，一般是將觸發(fā)式測頭假設(shè)作為一把刀具安裝在刀庫的某一刀位上 ,用于測量工件尺寸 。當(dāng)?shù)都芤苿?、測頭接觸工件時則被觸發(fā)使數(shù)控系統(tǒng)記下測頭位置,數(shù)控系統(tǒng)通過相應(yīng)的程序計算出工件尺寸。在數(shù)控機床上 ,觸發(fā)式測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)XYZ平面、內(nèi)孔/外圓的測量等等 。觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)通常由觸發(fā)式測頭、信號傳輸和接收器、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 、處理和測量誤差補償系統(tǒng) 、測量結(jié)果自動反饋補償系統(tǒng)等幾部分組成 。

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

2　華中8型數(shù)控系統(tǒng)下的工件測量程序的編制思路

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量的動作，在測量過程中，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)到工件測量的目的。華中8型數(shù)控系統(tǒng)為用戶配備了強大的類似于高級語言的宏程序功能，用戶可以使用變量進(jìn)行算術(shù)運算、邏輯運算和函數(shù)的混合運算。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　工件測量的具體實現(xiàn)

在華中8型數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置本測量循環(huán)后，在機床上用接觸式探針可以對工件進(jìn)行尺寸與角度測量。執(zhí)行表2中參數(shù)的測量動作，并且在測量完成后可以自動執(zhí)行工件原點設(shè)定或刀具補償值修正，同時將測量結(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機床軸的當(dāng)前位置:X—W#1010———#1018機床軸的編程位置:X—W#1020———#1028機床軸的編程工件位置:X—W#1030———#1038機床軸的當(dāng)前工件零點位置: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算指令見表3。

表3測量用的運算指令

運算種類運算指令含義算術(shù)運算#i=#i+#j加法運算,#i加#j#i=#i-#j減法運算,#i減#j#i=#i*#j乘法運算,#i乘#j#i=#i/#j除法運算,#i除#j條件運算#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(≤)邏輯運算#i=#i&#j與邏輯運算#i=#i|#j或邏輯運算#i=～#i非邏輯運算

測量工件時，測頭在使用過程中，第一步需要對測量探頭進(jìn)行標(biāo)定；第二步移動探頭時，需要使用受保護(hù)的定位移程序來移動測量探頭，避免測量探頭在移動過程中因為碰撞意外受損；第三步是根據(jù)測量工件的不同，選用不同的測量子程序。

表4Z軸測量動作的實現(xiàn)

宏程序代碼代碼注釋%9013 ;測量移動,二次觸發(fā)測量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,使用G31跳段指令M90IF#1190&32如果測頭移動過程中,碰撞到測量工件。G91G01Z[-#25/ABS[#25]*0.5]F[#5];快速后退0.5mm的距離以保證測頭復(fù)位M90IF#1190&32;判斷測頭是否已經(jīng)復(fù)位G110P-8015使用G110,調(diào)用P-8015號報警:8015測頭后退距離不足,未能復(fù)位。ENDIFG31L3G91G01Z[#25/ABS[#25]]F[#16];向前慢速測量,精確定位Z軸坐標(biāo)ELSEG110P-8003;定位移動未找到目標(biāo);使用G110,調(diào)用P-8003號報警:8003測量期間未檢測到觸發(fā)信號ENDIFENDIF

在工件測量的過程中，進(jìn)給軸的基本移動測量是測量過程中的最基本測量動作。下面以各進(jìn)給軸的基本測量移動為例子，說明華中8型數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)工件測量的基本原理

進(jìn)給軸的基本測量移動動作如圖1所示：

(1)以快速移動速度F進(jìn)給到被測量表面。這樣能有效地到達(dá)跳步信號出現(xiàn)位置，粗略地確定被測量面的表面位置。(2)中間的回退移動是使探針離開測量表面，這一過程包括快速移動到跳步位置。(3)最后是慢速Q(mào)向測量表面移動，這次移動中，測量程序?qū)⒂嬎愠稣鎸嵉谋砻嫖恢茫瑴y頭精確碰到工件后，停止移動，等待后續(xù)程序處理數(shù)值。

宏程序?qū)崿F(xiàn)這一測量Z軸坐標(biāo)的動作過程：

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

備注：XYZ：測量移動的目標(biāo)位置，只能輸入單個軸，否則不進(jìn)行任何移動。

表4是Z軸測量定位的具體實現(xiàn)，使用以上的基本編程思路，用戶通過擴展、組合，就可以編制出適合于不同工件的測量子程序，在機床上實現(xiàn)使用接觸式探針對工件進(jìn)行尺寸與角度測量。 筆者編寫完成的測量子程序中，可以實現(xiàn)以下的測量動作： X/Y/Z單個平面位置測量；2個平面/3個平面的交點位置測量；凸臺/凹槽的中點/寬度測量；內(nèi)孔/外圓的圓心/直徑測量；X/Y/Z平面角度測量，等等測量功能。 并且在測量完成后可以自動執(zhí)行工件原點設(shè)定或刀具補償值修正，同時將測量結(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大，用戶可以按照具體工件的測量動作和工件檢測要求，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量程序。本套工件測量程序，已經(jīng)在華中數(shù)控系統(tǒng)的用戶處實際使用，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)省了加工輔助時間，提高了機床的加工效率，節(jié)約了整體的加工時間，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。

(編輯李靜)

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