雷尼紹測頭（OMP60）在數控加工中心的應用

吳連偉，劉付友，代志勇，劉曉龍，薛永貴

（濰柴動力股份有限公司一號工廠，山東濰坊 261061）

0 引言

隨著工業4.0 技術（云計算、大數據等先進技術）在全國迅速推廣以及中國工業2025 計劃要求，中國機械制造業競爭日益激烈且格局日益多元化。隨著精益生產理念在機械制造業的日益推進，對機加工的要求也越來越高。不僅要求機加工零部件的高質量，而且對零部件加工過程保障數據的采集及存儲提出了更高要求。提高制造過程的過程保障能力，成為制造行業急需解決的問題。雷尼紹測頭在數控加工中心的廣泛應用，提供完美的問題解決方案，促進機械制造業在過程保障能力上實現一次質的飛躍，大大提高了機加工的加工質量和效率。

1 雷尼紹測頭原理

雷尼紹機床測頭按功能分類，可分為工件檢測測頭和刀具測頭；按信號傳輸方式分類，可分為硬線連接式、感應式、光學式和無線電式；按接觸形式分類，可分為接觸測量和非接觸測量。用戶可根據機床的具體型號選擇合適的配置。

雷尼紹OMP60 測頭的測量精度可以達到1 μm，它采用最先進的調制光學傳輸方法，配置OMI-2 集成接口接收器，具有極強的抗光干擾能力，廣泛應用在數控加工機床。本文以某品牌柴油機機體的部分加工內容為例，主要闡述雷尼紹工件OMP60測頭在CNC 系統的實際應用，并做進一步分析。

2 雷尼紹OMP60 測頭在確定工件加工坐標系時的應用

對于數控加工機床，工件坐標系是CNC 系統運行的基準，也是工藝技術人員編程起點，基準的選定一定程度上能影響工件的加工質量。雷尼紹測頭在數控機床的應用結束了手工對刀確定工件加工坐標系的時代，大大縮短了確定工件加工坐標系的時間，提高了工作效率；同時在利用雷尼紹測頭確定工件加工坐標系時，測頭將被測工裝主定位銷測得的數據直接反饋給CNC 系統，消除了人為誤差對測量結果的影響，大大提高了測量準確性。數控加工中心正式工作之前，首要工作就是利用OMP60 測頭確定工件加工坐標系。確定工件坐標系有2 種方法。

（1）利用OMP60 測頭準確測量機體主定位銷在機床坐標系的位置尺寸，然后進行計算被加工平面上設定的坐標原點在機床坐標系的位置尺寸。此方法為通用方法。

（2）利用OMP60 測頭準確測量本工序已加工完的合格機體被加工平面上設定的坐標原點，直接在CNC 系統中讀出坐標原點在機床坐標系的位置尺寸。此方法只在有加工平面的時候可以使用。

利用OMP60 測頭確定工件坐標系前，首先要調整工裝位置尺寸，要求工裝在X 軸、Y 軸方向的位置尺寸控制在0～0.02 mm公差范圍內。

3 雷尼紹OMP60 測頭自動檢測和自動校正補償功能的應用

加工工件時，有時要以已加工平面為基準進行后續內容的加工，已加工平面的加工質量直接影響后續加工內容的質量，也起著決定性作用。許多制造廠商已經注意到此類問題，廣泛采用雷尼紹測頭對已加工表面進行平面度測量，并利用測頭的自動校正功能，盡量降低已加工平面的加工質量對后續加工內容的質量影響。

柴油機機體止口加工的傳統方法是采用專機加工和氣檢法。這種加工方法不僅生產節拍長，并且加工質量也無法保證。某品牌柴油機廠在加工柴油機機體止口時，采用OMP60 測頭的測定被加工平面，并進行加工尺寸的自動校正補償，使得止口的加工變得簡單，加工質量也得到保證。具體操作步驟如下：

（1）用OMP60 測頭在已精銑上平面依次在6 個缸孔周圍選取4 個點，測量各點在工件坐標系中Z 軸方向的尺寸，理論上被測的4 個點在Z 軸方向的尺寸應完全一致，如圖1 所示，測頭測得數據直接反饋給CNC 系統，如圖2 所示。

（2）OMP60 測頭根據每缸測得的1 組數據共6 組，利用測頭的自動校正補償功能確定止推加工尺寸的位置補償值，即每組4 個點坐標值的平均值，存放在系統參數#701（第6 缸補償值）～#706（第1 缸補償值），如圖3 所示，并對止口加工的深度進行補償調整。

（3）CNC 系統依次將系統參數#701～#706 賦值給系統變量#990，CNC 系統根據系統變量#990 的值，調整精鏜刀各止口的加工深度，以滿足尺寸加工工藝要求。將#701～#706 數值依次賦值給#990 的機加工程序：G00G90x-875.Y0.（6GANG）/#990=#701/M98P0108/G00G90X -725.Y0./#990=#702/M98P0108/G00G90x -575.Y0./#990=#703/M98P0108/G00G90x -425.Y0./#990=#704/M98P0108/G00G90X-275.Y0./#990=#705/M98P0108/G00G90X -125.Y0./#990=#706/M98P0108/G80G00G90Z500./M05。在加工程序中通過#990 數值調整止口加工深度，程序為：G01Z[-4.7+#990+0.035]F120.。

圖1 OMP60 測頭測量第4 個缸孔4 個點位

圖2 測頭反饋給CNC 系統所測4 個點的位置尺寸

圖3 測頭自動校正調整后各止口的加工補償值

柴油機機體止口在加工前，利用OMP60 測頭測量各缸孔周圍平面的位置尺寸和平面度，及時對后續精鏜止口的加工尺寸進行補償，完全消除因平面加工位置尺寸超差和平面度不良對精鏜缸孔加工的影響，保證了止口加工質量，避免出現機體不合格品。

4 雷尼紹OMP60 測頭自動校正工件坐標系功能的應用

在機械制造加工過程中，經常存在后工序的加工是以前工序加工內容為基準進行。有時會出現以前工序加工的孔中心為后道工序加工的工件坐標原點，為消除前工序加工孔的位置尺寸誤差對后工序加工內容的影響，許多制造廠商采用雷尼紹測頭對前道工序加工孔中心位置進行標定校正。以某品牌柴油機廠加工柴油機機體前后端面各孔和止推工序為例，介紹OMP60測頭的該項功能，具體測量步驟如下。

（1）OMP60 測頭對機體主軸孔第7 主軸孔打4 個點，測量確定第7 主軸孔孔中心的位置尺寸和孔徑大小，如圖4 所示。將測量結果反饋給CNC 系統的系統變量：孔中心X 值：#135、孔中心Y 值：#136、孔徑大小：#143。孔中心測量合格的尺寸，CNC系統自動將測量值孔中心X 值和Y 值分別賦給系統變量：#811、#812，并對孔中心坐標值進行補償。

圖4 機體第7 主軸孔中心測量

通過#135、#136、#143 對X、Y、孔徑的測量值進行自動判斷，程序為：IF[ABS[#135]GT0.40]GOTO301/IF[ABS[#136]GT0.35]GOTO401/IF[ABS[#143]GT0.06]GOTO501。

對孔中心坐標值進行補償的程序為：#811=#135（G54 X）/#812=#136（G54 Y）/#5221=[#5221+#135]（XIU ZHENG G54 X)/#5222=[#5222+#136]（XIU ZHENG G54 Y）。

（2）OMP60 測頭對機體主軸孔第1 主軸孔打4 個點，測量確定1 主軸孔孔中心的位置尺寸和孔徑大小，如圖5 所示。將測量結果反饋給CNC 系統的系統變量：#135（孔中心X 值）、#136（孔中心Y 值）、#143（孔徑大小）。孔中心測量合格的尺寸，CNC 系統自動將測量值孔中心X 值和Y 值分別賦給系統變量：#813、#814，并對孔中心坐標值進行補償。OMP60 測頭的測量精度為1 μm，要求在進行測量前需將1、7 主軸孔用毛巾擦拭干凈，不能有殘留的切削液和鐵屑。

圖5 機體第1 主軸孔中心測量

通過#135、#136、#143 對X、Y、孔徑的測量值進行自動判斷，程序為：IF[ABS[#135]GT0.40]GOTO302/IF[ABS[#136]GT0.35]GOTO402/IF[ABS[#143]GT0.06]GOTO502。

對孔中心坐標值進行補償，程序為#813=#135（G55 X）/#814=#136（G55 Y）/#5241=[#5241+#135]（XIU ZHENG G55 X)/#5242=[#5242+#136]（XIU ZHENG G55 Y）。

（3）CNC 系統根據重新設定的1、7 主軸孔中心孔的坐標值，對CNC 系統程序中設定的前后端面工件坐標系原點坐標值進行補償修正，重新設定工件加工坐標系后再進行本工序的加工。工件前后端面分別以1、7 主軸孔中心為坐標原點。

柴油機機體在加工前后端面各孔和止推前，利用OMP60 測頭對1、7 主軸孔中心的位置尺寸進行測量，避免不合格品流入下工序和制造成本的浪費，提高了工件加工質量和產品信譽度。

5 雷尼紹OMP60 測頭的校準

由于測頭的探針存在一個可以沿四周擺動的角度范圍，測頭被頻繁使用后探針與主軸的同軸度可能會超差，將會影響測頭測量結果的準確性，誤導后工序的加工，造成加工浪費。為此，許多機械廠商在CNC 系統中對測頭的使用頻次都進行了設定，通常為100～200 次，達到這一頻次后測頭會自動進行校正。以某品牌柴油機廠對OMP60 測頭的校正為例，闡述測頭的校正功能，具體測量步驟如下。

（1）某品牌柴油機廠加工柴油機時，為校正測頭特意在工裝上加工了一個標準標定孔，在校正OMP60 測頭時以此標定孔的坐標系為基準進行測量。OMP60 測頭測量工件達到程序設定的件數后，測頭在測量下一工件前會首先以工裝上的標定孔為基準進行校正。

（2）在校正過程中，OMP60 測頭首先要通過打點測量，確定標定孔Z 軸方向上的坐標值，如圖6 所示。然后通過打點測量，標定孔內部的點，確定孔中心X 軸、Y 軸方向上的數值，如圖7所示。將測量值反饋給CNC 系統的系統變量：#140（X 值）、#141（Y 值）。CNC 系統自動對測量值進行判斷。進行測量前一定要保證標定孔內部沒有任何鐵屑和雜物。

通過系統參數#140、#141 對孔中心X 值、Y 值的測量值進行自動判斷，程序為：IF [ABS [#140]GT0.015]GOTO300/IF[ABS[#141]GT0.015]GOTO400。

（3）CNC 系統根據測量程序對測頭測量值進行自動判斷，當符合系統程序內設定的數值要求時，測頭會繼續測量工件，此時表明測頭的探針位置度良好，測量結果準確；當測量結果不符合系統程序內設定的數值要求時，測頭會重復測量標定孔，通常程序設定重復測量3 次。若始終不能滿足系統程序設定的數值要求，表明測頭的探針位置度超差，需及時更換探針，才能正常工作。

圖6 OMP60 測頭確定標定孔Z 坐標值

圖7 OMP60 測頭確定標定孔X、Y 坐標值

對OMP60 測頭定期進行校正測量，可以避免因測頭探針發生傾斜獲得測量的錯誤數值，誤導后工序的加工，進一步保證了OMP60 測頭測量結果的準確性，同時也避免了不良品流入后工序。

6 總結

雷尼紹測頭在機械制造業的廣泛推廣，解決了機加工過程質量難以保證的難題，消除了過程位置誤差對產品整體性能的影響。雷尼紹測頭的廣泛應用促進了機械加工業在數控加工時代向高、精、尖方向的邁進，為實現工業2025 提供了助力，極大促進了機械制造業的發展，促使部分企業向工業4.0 時代邁進了一步。