數控型不落輪對車床的自動測量系統的研究

張庭耀

摘 要：在當前的工業生產中，數控技術憑借著獨有的先進性和高效性成為當前金屬加工業的主力軍，不落輪對車床憑借著其獨有的特點在金屬加工過程中起到了重要的作用。下面我們就將針對當前不落輪對車床的自動測量系統進行論述。

關鍵詞：數控機床；不落輪對車床；自動測量

中圖分類號：TG527 文獻標識碼：A

數控不落輪對自動測量主要可以分為以下幾個部分：

1.軸向定位測量系統

軸向定位測量，主要是以尋找被加工的左右輪對在機床坐標系中的軸向位置和計算內側距AR為主要目的。

在具體的測量工作中，首先要將刀架上的左右測量裝置通過M指令，按照+Z方向進入工作區域（如圖1所示），隨后刀架和安裝在上面的測量裝置會先沿著-X方向集訓運行，以左邊為B1、右邊為B2，兩邊的側頭在與工件接觸后停止運動，同時通過接口信號命令，清除剩余距離。隨后，刀架沿著+Z的方向繼續運行。將軸向測量桿命名為A，其中左側的為A1，右側的為A2。再起與工件產生接觸之后，會產生相應的偏移，在打開下端的折光片C2離開遮光位置時（如圖2所示），微型叉式光柵原件（如圖3所示）所發出的管線經過信號放大，將數據通過系統接口和PC，將+Z方向上的運行停止，并清除剩余距離。

此時，對于軸向數值還不能直接讀取，原因是測量裝置在+Z方向運動的過程中產生了沖程量，并且工件的內側面在原始加工中還有未消除的誤差，同時，在輪對的裝夾上也有一定的誤差，所以需要將刀架在低速的工況下相-Z方向倒退。刀架倒退是以信號命令為準，有信號輸出，退回運動便會產生；當信號輸出停止，刀架的倒退也會停止，并且在輪對轉過一圈，系統確認無數出信號后，再將剩余距離的清除。

通過指令系統的傳輸途徑，我們將Z方向實際值貯存器中的內同讀取到PC端，在參考了A桿的偏移之后，便可以具體得出工件的軸向尺寸。具體公式我們定義為Z01+Z02=AR。這一過程的統計和運算，我們完全可以通過PC來完成。

2.磨損量測量系統

數控部落輪對車床自動測量系統中的第二部分是磨損量測量系統（如圖4所示）。在這一部分內，通過測量探頭B和行程為60mm、分辨率為±1微米的數字式位移傳感器配合，完成全部的測量工作。通過磨損量測量，可以確定被加工工件的實際磨損情況，為數控系統的坐標系提供了橫向坐標上的坐標偏移，以及加工過程中的切深和分刀操作的數據支持。

在具體的操作過程中，刀架在CNC程序的控制之下，將磨損側頭運行到指定位置上，待側頭與工件切實接觸后，降速運行25mm～30mm，此時可以讀取X軸方向的實際坐標值。待系統運轉一周后，以傳感器中位移較小的數值作為磨損測量的基準值△X1，然后以△X1為基準，減掉測頭在X方向上的偏移值，得到的結果便是CNC程序中的X方向偏移粗值。通過刀架在完成X和Z方向上的定程移動后，通過讀取位移傳感器中的具體數值，可以得到其他各點的測量值。此時，位移傳感器中的數值計算是相對于△X1而言的，每一個點的測量采用可以讀取到相應的數值，并且在PC中進行存儲。將所測得的數據與理論標準值進行對比，可以得出△Xmin與△Xmax，作為某一輪形最小偏移量和最大偏移量，以此作為此輪型CNC程序坐標偏移、切深、和分刀切削的計算參數。

值得注意的是，磨損測量點的數量與軸向坐標值之間的選擇，與輪型的幾何模型還有輪對在具體的使用過程中與磨損的部位有直接關系。因此，在對容易出現磨損的部位進行測量時，要相對多的安排測量點，對同一輪型不同的幾何曲線一般都應當著重設置測量點。

此外，在電器控制硬件上，數字傳感器放出的信號首先會經過EXE801變化其進行信號處理，然后在傳往PC端的高速計數器組件中。

3.直徑測量系統

通過PC的數據統計，我們可以求的左右輪對的輪徑差△Ф，處于對部落輪對車床的特殊性考慮，我們需要提前做好切削前的準備和切削完成后的輪徑作為主要的尺寸參數。

在輪對旋轉時會產生摩擦，進而帶動直徑測量盤旋轉。此時，編碼器的輸出會直接傳送至PC端的高速記數組件，并且需要在輪對一邊的外側面安裝可見光或者紅外光的反射式光束開關用于測量控制。輪對每轉一圈，光束開關便會發射一個脈沖信號至PC端。

通過預先的系統設定，我們將測量盤的直徑設為Ф1，測量盤轉圈量為n1，輪對整體所轉圈數為nx，輪對的直徑為Фx，由此我們可以得到的計算公式是：∏Ф1n1=∏Ф1n1；其中，而相應的，在這當中，P1為計數累計值，P0為編碼器一周所發出的脈沖數。經過公式推導，我們可以得出以下表達式：

在這個表達式中。Ф1、P0為常數，P1、nx分別由PC端統計得出。通過這個計算公式，我們可以得出輪對的直徑Фx和直徑差△Φ，通過實際的磨損測量，我們可以得到△Φ′，經過具體的比較，我們可以取得兩個值的平均數，作為CNC程序在X坐標方向上的平移和切深以及分刀切數的參考數值。

在實際的操作過程中，我們需要注意直徑測量精度的一些影響因素，主要有以下幾點：（1）Ф1的幾何精度；（2）量盤的安裝位置精度；（3）輪對自身的不圓度；（4）測量盤與車輪之間的摩擦精度；（5）高速計數器的累計計數精確度；（6）輪對圈數的計算精度。

在這當中，我們需要注意，結合電器控制的因素，對于高速計數器累計計數精度和輪對圈數計算精確度兩個方面，根據上述推導的公式可以得出。

當測量盤的直徑被盡量減小時，增大編碼器的每轉脈沖數量和直徑測量時，輪對的旋轉圈數可以減小測量誤差，并進一步提高測量精度。

通過對不落輪對車床自動檢測系統的研究，我們可以進一步調整數控不落輪對車床的功能，在控制成本的前提下，提高系統的精確度和工作效率。

參考文獻

[1]王賀安.數控型不落輪對車床的自動測量系統[J].精密制造與自動化，2015（2）：58-61.

[2]武建龍，于會龍，韓仲芳.數控不落輪對車床自動測量系統的開發[J].制造技術與機床，2009（11）：99-102.