用于數(shù)控車床工件在線測量的編制方法

一、引　言

   　在數(shù)控機床上對被加工工件進行在線自動測量是提高數(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，因此，數(shù)控機床工件在線自動測量系統(tǒng)是衡量數(shù)控機床技術(shù)水平的重要特征之一，已成為購置數(shù)控機床必不可少的基本選件。采用在線自動測量系統(tǒng)，在加工前可協(xié)助操作者進行工件的裝夾找正，自動完成工件坐標系的設定，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。

二、測量系統(tǒng)的組成及工作原理

        用于數(shù)控車床的工件自動測量系統(tǒng)一般均采用觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)（如英國Renishaw公司的LP2觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)）。一般可將觸發(fā)式測頭假設作為一把刀具安裝在刀架的某一刀位上，用于測量工件尺寸。當移動刀架，測頭接觸工件時則觸發(fā)數(shù)控系統(tǒng)記下測頭位置，數(shù)控系統(tǒng)通過相應的測量軟件計算出工件尺寸。在數(shù)控車床上，觸發(fā)式測量系統(tǒng)可以測量回轉(zhuǎn)體零件的外徑、內(nèi)徑、長度及槽寬等。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，其工作原理如圖1所示。

圖1　數(shù)控車床觸發(fā)式測量系統(tǒng)工作原理框圖

　　觸發(fā)式測頭為常閉觸點式整體單元測頭，其內(nèi)部為三組等分串聯(lián)觸點觸發(fā)機構(gòu)。工作時可將測頭作為一把刀具安裝在轉(zhuǎn)塔刀架的某一刀位上，當移動刀架，測頭接觸到工件時，測桿出現(xiàn)微量偏移，使三等分觸點中的一個或二個觸點脫開，由三個觸點構(gòu)成的串聯(lián)電路出現(xiàn)斷路而在瞬間產(chǎn)生一個階躍信號，此信號通過信號傳輸器用有線（連線）方式或無線（電磁耦合、紅外輻射）方式傳送至控制器接口，控制器接口將觸發(fā)時產(chǎn)生的帶有不規(guī)則振蕩的信號經(jīng)整形后傳輸至數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)接到觸發(fā)信號后發(fā)出中斷信號，機床停止移動并記下此時測頭的位置坐標，數(shù)控系統(tǒng)自動將數(shù)據(jù)送至相應的參數(shù)單元，作為變量進行運算處理，此時數(shù)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)處理軟件和測量誤差處理軟件計算出工件的尺寸，并及時反饋回數(shù)控系統(tǒng)進行刀具自動補償或工件坐標調(diào)整，以保證工件的加工精度。

三、測量軟件的編制方法

        對于數(shù)控機床用戶，合理選用或編制適合自己產(chǎn)品測量需要的測量軟件十分重要。一般來說，觸發(fā)式測頭可以從專業(yè)生產(chǎn)廠商（如Renishaw公司等）購買，但由于機床采用的數(shù)控系統(tǒng)各不相同，因此測量軟件一般由數(shù)控系統(tǒng)制造商或數(shù)控機床制造商編制和提供。由于現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)功能強大，均能提供宏指令系統(tǒng)，故用戶也可根據(jù)實際需要自行編制測量程序。以SINUMERIK 880數(shù)控系統(tǒng)為例。該系統(tǒng)提供給用戶的參數(shù)編程和@代碼使用戶可以自行開發(fā)編制各種固定循環(huán)程序（包括加工與測量循環(huán)程序等）。參數(shù)編程可以完成參數(shù)的定義、賦值及加、減、乘、除運算，而@代碼則可完成函數(shù)運算、參數(shù)存取、參數(shù)比較、有條件和無條件的程序跳轉(zhuǎn)、邏輯判斷和布爾運算、系統(tǒng)存儲器數(shù)據(jù)的輸入、輸出以及程序編輯等多種功能，完全可滿足用戶編制測量固定循環(huán)程序的需要。現(xiàn)對參數(shù)編程和@代碼的定義及使用方法作一簡單介紹。

　　1．參數(shù)編程的定義及基本方法

　　參數(shù)編程（Parameter programming）是用參數(shù)R×××作為數(shù)據(jù)代碼或數(shù)據(jù)地址代碼進行編程。參數(shù)在編程中充當替代物的角色，由字母R和三位數(shù)字組成，R代碼從 R0～R999共分兩大類九組，第一大類R0～R499為通道特定R參數(shù)，其中R0～R200為基本參數(shù)，如：R00～R49為傳遞參數(shù)，主要用于編制固定循環(huán)和子程序；R50～R99為局部參數(shù)，主要用于編制固定循環(huán)和子程序計算過程中暫存計算結(jié)果；R100～R199為全局參數(shù)，主要用于零件程序和子程序的數(shù)據(jù)存貯；R200～R499主要用于系統(tǒng)內(nèi)部。第二大類R900～R999為中心R參數(shù)。

　　參數(shù)可以在數(shù)控加工程序中直接賦值，如R01=10，也可相互賦值，如R01=R03；參數(shù)可以進行算術(shù)運算，如R01=R02＋R03，R01=R02－R03，R01=R02*R03，R01=R02/R03。例如：

N10　R01=9.7　R02=－2.1

N20　X=20.3＋R01

N30　Z=19.7－R01

結(jié)果：X=30，Z=10。

　　2．@代碼的定義及基本用法

　　@代碼由符號@和三位數(shù)字組成，如@×××，其含義為：第一位數(shù)為主群組區(qū)別碼，第二位數(shù)為子群組區(qū)分碼，第三位數(shù)為定義特定功能。

　　第一位主群組區(qū)別碼共分7組，分別定義為：@0××為程序結(jié)構(gòu)中的通用指令；@1××為程序中的分支指令；@2××為通用數(shù)據(jù)傳輸指令；@3××為數(shù)據(jù)傳輸指令，從系統(tǒng)內(nèi)存到R參數(shù)；@4××為數(shù)據(jù)傳輸指令，從R參數(shù)到系統(tǒng)內(nèi)存；@6××為算術(shù)運算和邏輯運算指令；@7××為NC特定指令。

　　第二位子群組區(qū)分碼和第三位特定功能碼在各主群組中有不同的定義，如：@041中的4代表存貯R參數(shù)，1代表需存貯的參數(shù)區(qū)域；@100中的第一個0代表絕對跳轉(zhuǎn)，后一個0代表無條件跳轉(zhuǎn)；@111中的第一個1代表有條件跳轉(zhuǎn)，比較碼為1，最后一個1代表條件為相等。又如：@440中的4代表將R參數(shù)直接置為（寫入）編程坐標值，0為特定功能。

　　@代碼的功能和作用十分豐富，編程者可根據(jù)編程需要靈活選用。

　　@代碼在編程中，后面需跟操作數(shù)，主要有三類：K×××為常數(shù)；R×××為R參數(shù)；P×××為指針。如@100K1000表示無條件跳至第1000句，其中正數(shù)為向前跳，負數(shù)為向后跳。

　　圖2所示為數(shù)控車床自動測量系統(tǒng)測量軟件設計框圖。對于采用SINUMERIK880數(shù)控系統(tǒng)的用戶，可以通過@代碼和參數(shù)編程編制出適用的測量程序。

圖2　數(shù)控車床自動測量系統(tǒng)測量軟件設計框圖