數(shù)控車床測頭系統(tǒng)的開發(fā)

王桂娜WANG Gui-na

（蘇州大學機電工程學院，蘇州215131）

0 引言

在現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的長河中，數(shù)控機床的線性精度和幾何精度越來越高，與之匹配的控制器的功能也越來越強大，這就促使人們開始利用機床本身配備以測頭系統(tǒng)，來實現(xiàn)和替代部分三坐標測量機的檢測功能以及機外對刀儀的功能。同時，測頭系統(tǒng)的智能化功能可以大幅度的節(jié)約原先使用人工完成的工件定位、試切、刀具磨損/破損檢測所耗費的機床準備時間。使機床的工作效率得到了顯見的提高，在此加工過程中的工件質(zhì)量處于可調(diào)控的狀態(tài)。最終因為加工過程中的自動化智能化的提高，使廢品的發(fā)生率接近于零。

1 測頭系統(tǒng)的組成及工作原理

數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)由軟件和硬件組成。（如圖1所示）

硬件部分通常由以下幾部分組成：

1.1 機床本體 機床本體是實現(xiàn)并實施加工、檢測的基礎(chǔ)，其工作部件是實現(xiàn)所需基本運動的組件，它的傳動部件的精度直接影響著加工、檢測的精度。

1.2 數(shù)控系統(tǒng) 目前數(shù)控機床一般都采用CNC數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是輸入存儲、數(shù)控加工、插補運算以及機床各種控制功能都通過程序來實現(xiàn)減少傳統(tǒng)方式食用過多人力的方法而且更精確。計算機與其他裝置之間可通過接口設(shè)備聯(lián)接，當控制對象或功能改變時，只需改變軟件和接口。CNC系統(tǒng)一般由中央處理存儲器和輸入輸出接口組成，中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。

1.3 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床控制回路的重要組成部分，用以實現(xiàn)數(shù)控機床的進給位置伺服控制和主軸轉(zhuǎn)速（或位置）伺服控制。伺服系統(tǒng)的性能使用效果很大程度是決定機床加工精度、測量精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素。

圖1 測頭系統(tǒng)的組成

1.4 測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)由接觸觸發(fā)式測頭、信號傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，是數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。其中關(guān)鍵部件是測頭，使用測頭可在加工過程中進行尺寸測量，根據(jù)測量結(jié)果自動修改、修正加工程序，增強加工精度，使得數(shù)控機床既是加工設(shè)備，又兼具測量機的某種功能。

1.5 計算機系統(tǒng) 在線檢測系統(tǒng)利用計算機進行測量數(shù)據(jù)的采集和處理、檢測數(shù)控程序的生成、檢測過程的仿真及與數(shù)控機床通信等功能。在線檢測系統(tǒng)考慮到運行目前流行Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等軟件，以及減少測量結(jié)果的分析和計算時間，一般采用Pentium級別以上的計算機。

其中測量系統(tǒng)是數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。常見的測頭有機械式測頭、紅外線測頭、無線電測頭、激光測頭等。隨著數(shù)控加工技術(shù)不斷發(fā)展，紅外線測頭在數(shù)控機床加工領(lǐng)域的作用與效果日益突出。實現(xiàn)數(shù)控機床的在線檢測時，首先要生成檢測主程序，將檢測主程序由通信接口傳輸給數(shù)控機床，測頭在一定的距離測量范圍內(nèi)以調(diào)整好的固定的速度和一定大小的力與工件接觸，接觸時接觸點的位置在機床坐標系中的坐標值立刻被記憶，并通過紅外線傳輸存儲至目標存儲地址。

2 測頭系統(tǒng)宏程序庫的開發(fā)應用

2.1 ACCU測頭介紹 ACCU測量頭采用三坐標測量原理，利用機床系統(tǒng)在線輔助，有效的使用現(xiàn)有坐標，直接進行零件曲面測量，將測量結(jié)果進行比對并給出測量報告。

它的優(yōu)點：①不需要拆放零件到三坐標測量機上，在機床上面一次完成，提高了工作效率。②不需要專業(yè)三坐標人員，CNC操作人員一人就可以完成，降低了用人成本。③測量技術(shù)成熟穩(wěn)定體現(xiàn)企業(yè)加工實力。

2.2 FANUC系統(tǒng)相關(guān)指令和參數(shù)介紹 ①G31跳轉(zhuǎn)功能指令，在指令執(zhí)行期間，如果輸入一個外部跳轉(zhuǎn)信號，即中斷指令執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行下一個程序段[2]。②#5061存儲跳轉(zhuǎn)信號接通瞬間x軸機械坐標值。#5062存儲跳轉(zhuǎn)信號接通瞬間y軸機械坐標值。#5063存儲跳轉(zhuǎn)信號接通瞬間z軸機械坐標值。

2.3 在線測量孔直徑的思路 在數(shù)控機床上安裝ACCU測量頭，測頭探測到的數(shù)據(jù)自動反饋到數(shù)控機床的宏變量中。先測量+X，再測-X，然后在中間，先測+Y，再測-Y，并自動判定圓的大小和圓心位置。

2.4 部分測量子程序的編制

3 結(jié)束語

為了充分使用和開發(fā)出測頭的功能，我們將參數(shù)編程與紅外線測頭結(jié)合在一起，使其在很大程度上擴展紅外測頭的使用范圍，從而最終達到使機床在操作上更加簡單和精確，加工效率也要大大提高，以此降低加工成本。綜上所述，我們可以看到數(shù)控系統(tǒng)控制器在未來發(fā)展潮流中的不可或缺，測頭系統(tǒng)將成為數(shù)控機床的重要配件，發(fā)揮著不可比擬的作用。

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