数控机床测头应用开发

2020-06-28

数控机床测头应用开发

  目前,2015年我国数控机床数量已达到1300万台左右,保持了年均12%的增长速度。其庞大的机床数量奠定了中国工业制造国的地位,“在制造业中,由于当前智能制造技术的快速发展,零件加工过程中精度的测量、数据的统计、反馈和利用非常重要,直接影响加工产品是否满足精度公差要求。为了提高加工产品的合格率,如何有效地利用高精度探头进行测量和数据采集是非常重要的。目前,市场上有一批高精度、可靠的高精度测量仪器制造商。在这里,本文选取了在国际市场占有率最高的一款国产产品:Renishaw probe-a加工中心工件探针RMP40进行阐述和论证,其他厂家的产品原理上基本相同,具体操作和使用上的具体差异应根据不同厂家的产品来确定。机床选用数控系统为华中818B型加工中心。

  一、测头工作原理

  在线测头主要包括传感器、接收器和样式。触笔的接触位置为红宝石材质。测头内部设计有一个闭合的有源电路。这个电路由一个特殊的触发装置连接。当测头的触控位置接触到外部物体时,这种碰撞可能是触笔从一侧摆动到另一侧,也可能上下移动。这时,触摸动作会使电路的状态发生变化,然后发出声光信号。根据这一原理,结合数控系统控制精度高的特点,当需要测量时,将探头安装在加工中心的主轴上,编程控制探头在不同位置接触零件,从而得到各个位置的位置。机械坐标,这些机械坐标通过计算公式在数控系统的相关宏程序中,可以得到所需的测量结果。由于测头的触发非常灵敏,加上控制系统对运动的高精度控制,测量结果具有很高的精度。

 

  二、电路控制设计

  RM40在线测头的信号反馈和接收主要依靠蓝牙传输,传感器的信号传输主要依靠内置的按钮电池,信号接收器需要外部电源和机床信号触发器来唤醒和关闭。它与数控系统的I/0电路相连。其外部电源为24伏直流电。华中818数控系统中,信号输入地址为X2.1,作为数控系统接收外围探头信号的输入点。,实现G31 L4指令的跳转功能51。同时,还需要选择一个系统空闲输出点Y2.1进行接线,作为控制系统通过CNC系统PMC控制探头的开闭动作。

 

  三、机床PMC功能开发

  在过程测量应用中,经常使用辅助功能码M来启动和关闭探头来测量零件。因此,需要在系统PMC中编写相应的梯形图进行控制,探头的启停也需要在.PMC程序中进行控制。在华中818数控系统中,辅助功能码M指令由特殊功能指令MGET(M命令获取)和MACK(M命令响应)控制。这里,使用空白地址命令M105和M106作为探头的打开和关闭命令,探头的使能输出点Y2.1由“开始保证停止”逻辑控制。

  接收机与系统的PMC程序接线完毕后,需要测试接线的正确性,即PMC程序,以确保探头的输入输出信号正常。首先,在系统MDI状态下,执行M105指令,按循环开始,检查系统IO接口上的输出点Y2.1信号是否正常设置为1。此时,探头传感器显示绿灯闪烁。执行M106指令时,Y2.1信号设为0,探头指示灯熄灭,表示系统的PMC和探头接收器接线正确。

 

  四、测头的找正与标定

  4.1校正调整

  由于测头测针本身红宝石在加工时存在一定的加工精度误差,为了避免其形状尺寸误差影响到工件精度测量,在正常使用前需要对测针进行校正操作,通过使用千分表,在两个方向上利用感应器上的顶丝进行调整,直至测球的圆跳动达到0.01 mm以内即可6。在操作时,需分别观察两个方向顶丝对千分表压表的数据,由于圆跳动误差是属于直径型的,故在调整时调整至压表数据差值的一半,重复操作,直至达到标准。

  4.2测头标定

  测头的标定包含径向标定和长度测量,机床编程操作员需要使用直径为25~100mm之间的标准环规,具体操作方法如下所述。

  (1)测头的径向标定

  先利用小磁块将环规水平固定在工作台面上,将测头测针大致移动到环规的圆心处,测球低于环规上表面。此时在系统中执行程序:

  #703=50.001 (环规直径);

  G1111; (调用径向标定宏程序)

  M30; (程序结束返回开头)

  程序执行时,自动调用标定的宏程序进行测头的径向标定,完成后,测球的半径误差和偏摆误差将保存在宏变量#605,#606, #607, #608 中。

  (2)测头长度标定

  将测头测针大致移动到环规的上表面处,此时在系统中执行程序:

  #703=50.001 (环规直径)

  G1112; (调用长度标定宏程序)

  M30; (程序结束返回开头)

  程序执行时,自动调用标定的宏程序进行测头的长度标定,完成后,测头的长度误差将保存在宏变量#503中。

 

  五、测头的实际应用

  经过对测头的电气安装和PMC程序设计编写,在完成了测头的调试和标定后,确保测头能够正常使用,此时即可进人正常的实际应用。在此,以检测--个零件的四方形尺寸和圆形尺寸为例进行解析。

  (1)检测四方形尺寸

  在加工中心调出测头时,在程序中执行程序,将测针定位值方形零件的中心位置,开始执行测量程序:

  #710=___(X 方向大致长度);

  #711=___(Y 方向大致长度);

  #712=___(Z 方向测量时下降深度);

  G1113; (调用四方形测量宏程序)

  M30; (程序结束返回开头)

  程序在执行时,需要确保进给倍率为100%,才能保证测头标定和测量的准确性,当测量结束后,方形尺寸在X方向和Y方向的长度测量结果分别保存在用户宏变量#501和#502中,如果此时用户带有MES控制系统,可将宏变量#501和#502的数值与标准尺寸公差值进行比较。判断加工工件是否符合精度要求,如合格则控制机器人进人机床取料,如不合格则控制机床进行加工返修。

  (2)检测圆形尺寸

  在加工中心调出测头时,在程序中执行程序,将测针

  定位值圆形零件的中心位置,开始执行测量程序:

  #712=___(Z 方向测量时下降深度);

  #715=___(圆形尺寸的直径)

  G1113; (调用圆形测量宏程序)

  M30; (程序结束返回开头)

  当测量结束后,圆形直径尺寸保留在宏变量#500中,可将其数值与标准尺寸公差值进行比较。判断加工工件是否符合精度要求。

 

  六、结束语

  目前,智能制造技术高度集成化、智能化的特点需要建立在大数据的基础上。从零件加工过程的精度控制到加工完成后的精度验证,都需要依靠在线测头技术提供实时和反馈的测量数据,MES系统可以利用这些数据来控制下一道工序,可以想见在线探针的应用是非常重要的。由于探头的应用涉及电气、系统参数、PMC功能、宏程序等技术,目前在大多数中小型加工企业中应用并不广泛,仅在大型加工制造企业中应用。我国政府有关部门逐渐认识到这些前沿技术应用的重大意义。近两年,在全国职业技能大赛的数控机床安装维修比赛中,增设了在线探针安装比赛。相信大赛后的宣传推广将培养一批技术水平高、动手能力强的技术人员,促进在线测量技术的应用和普及。

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