海德漢測頭循環(huán)功能在模具制造中的應(yīng)用

徐家亮

（臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院,浙江 臺(tái)州 318020）

隨著我國制造業(yè)水平的不斷提高，對制造精度的要求也在不斷提高。我國塑料工業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展迅速成長，而塑料工業(yè)的發(fā)展是離不開塑料模具制造的[1]，可以說模具質(zhì)量的好壞直接影響塑料制品的精度。為了提高模具精度，目前高檔數(shù)控機(jī)床上已普遍裝配測頭等檢測元件，海德漢系統(tǒng)是著名的高檔數(shù)控系統(tǒng)，其在五軸聯(lián)動(dòng)、力矩電機(jī)、電主軸、檢測元件等方面都處于世界先進(jìn)行列。

1 循環(huán)功能的運(yùn)用

1.1 海德漢系統(tǒng)

海德漢TNC 640數(shù)控系統(tǒng)是海德漢開發(fā)出的第一款實(shí)現(xiàn)銑削、車削復(fù)合加工的數(shù)控系統(tǒng)，在五軸高速加工領(lǐng)域，如航空航天、模具制造和醫(yī)療等行業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用。

海德漢系統(tǒng)的固定循環(huán)編程功能具有較好的人機(jī)對話方式，可直觀地通過系統(tǒng)顯示器圖形對話框完成程序編制。程序基本固化成基本格式，即由Q參數(shù)來填寫，方便靈活。

測頭循環(huán)功能是海德漢系統(tǒng)的循環(huán)功能中的一個(gè)模塊。使用其他數(shù)控系統(tǒng)的測頭功能需要編寫宏程序來實(shí)現(xiàn)[2]，這就對操作人員的能力有較高要求；而用海德漢系統(tǒng)的測頭循環(huán)功能，只要將Q參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)填入循環(huán)中就能實(shí)現(xiàn)，這就大大降低了對操作者的要求。

1.2 使用探測循環(huán)（結(jié)合機(jī)床面板，實(shí)現(xiàn)測頭功能）

若要退出探測表，按下結(jié)束軟鍵。

2 自動(dòng)測量和補(bǔ)償工件不對正量的循環(huán)

（1）采用循環(huán)400、401和402，用參數(shù)Q307基本旋轉(zhuǎn)的默認(rèn)設(shè)置定義測量結(jié)果是否需用已知角a進(jìn)行修正（參見圖1）。因此，可以測量工件的相對任意一條直線1的基本旋轉(zhuǎn)，并建立相對實(shí)際0 °方向2的參考[3]。

圖1 不對正量測量

如果測針南極的當(dāng)前坐標(biāo)小于第二安全高度坐標(biāo)（由循環(huán)定義），TNC會(huì)沿探測軸使測頭退至第二安全高度處，然后再定位至加工面上的第一起始位置。如果探針南極的當(dāng)前坐標(biāo)大于安全高度的坐標(biāo)（由循環(huán)定義），TNC先將刀具移至加工面上的第一個(gè)探測點(diǎn)處，然后沿探測軸將測頭退至測量高度處。

圖2中各Q參數(shù)含義如下：

圖2 不對正測量各Q參數(shù)示意圖

Q263：第一個(gè)測量點(diǎn)的第一軸坐標(biāo)（絕對值），沿加工面參考軸的第一觸點(diǎn)坐標(biāo)。

Q264：第一個(gè)測量點(diǎn)的第二軸坐標(biāo)（絕對值），沿加工面輔助軸的第一觸點(diǎn)坐標(biāo)。

Q265：第二個(gè)測量點(diǎn)的第一軸坐標(biāo)（絕對值），沿加工面參考軸的第二觸點(diǎn)坐標(biāo)。

Q266：第二個(gè)測量點(diǎn)的第二軸坐標(biāo)（絕對值），沿加工面輔助軸的第二觸點(diǎn)坐標(biāo)。

Q272：測量軸(1=第一個(gè)軸/2=第二個(gè)軸)，需測量的加工面中的軸（1：參考軸=測量軸；2：輔助軸=測量軸）。

Q267：移動(dòng)方向(測頭接近工件的方向），-1表示負(fù)運(yùn)動(dòng)方向，+1表示正方向運(yùn)動(dòng)。

Q261：測量軸方向的測量高度（絕對值），進(jìn)行測量的沿測頭軸的球頭中心（=觸點(diǎn)）坐標(biāo)值。

Q320：Set-up clearance（增量值），測量點(diǎn)與球頭間的附加距離。

Q320：累加至探測表中的SET_UP。

Q260：Clearance height（絕對值），刀具與工件（夾具）之間不發(fā)生碰撞沿探測軸的坐標(biāo)值。

Q301：移動(dòng)到接近高度(0/1)，定義測頭在兩測量點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)方式（0：在測量高度位置的兩測量點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)；1：兩測量點(diǎn)間在第二安全高度處運(yùn)動(dòng)）。

循環(huán)401是針對兩孔的不對正量測量，循環(huán)402是針對兩凸臺(tái)的不對正量測量，情況和400類似，這里就不贅述了，它們的主要功能是減少人為操作，通過循環(huán)換算得到更精確的實(shí)際工件擺放位置。

（2）用旋轉(zhuǎn)軸補(bǔ)償?shù)幕拘D(zhuǎn)循環(huán)403。探測循環(huán)403通過測量直線上的兩個(gè)點(diǎn)決定工件的不對正量。TNC通過旋轉(zhuǎn)A、B或C軸補(bǔ)償所確定的不對正量。工件可以被夾持在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的任意位置處，如圖3所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償示意圖

Q263：第一個(gè)測量點(diǎn)的第一軸坐標(biāo)。

Q264：第一個(gè)測量點(diǎn)的第二軸坐標(biāo)。

Q265：第二個(gè)測量點(diǎn)的第一軸坐標(biāo)。

Q266：第二個(gè)測量點(diǎn)的第二軸坐標(biāo)。

說明：通過Q263與Q264兩點(diǎn)確定一條直線，再計(jì)算出與線性軸的誤差計(jì)算出旋轉(zhuǎn)角度，Q265與Q266同理。

Q272：測量軸(1/2/3,1=參考軸)，1：基本軸=測量軸；2：輔助軸=測量軸；3：探測軸=測量軸。

圖4 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償Q參數(shù)示意圖

Q267：移動(dòng)方向1(+1=+/-1=-)，測頭接近工件的方向，-1表示負(fù)運(yùn)動(dòng)方向，+1表示正方向運(yùn)動(dòng)。

Q261：測量軸方向的測量高度（絕對值）。

Q320：Set-up clearance（增量值），測量點(diǎn)與球頭間的附加距離。

Q260：Clearance height（絕對值），刀具與工件（夾具）之間不發(fā)生碰撞沿探測軸的坐標(biāo)值。

3 自動(dòng)設(shè)置原點(diǎn)

3.1 自動(dòng)設(shè)置槽原點(diǎn)

以原點(diǎn)在槽中心為例（循環(huán)408，DIN/ISO：G408），如圖5所示。

圖5 槽設(shè)置原點(diǎn)

（1）根據(jù)定位規(guī)則，TNC用快移速度使測頭運(yùn)動(dòng)至探測點(diǎn)1位置。TNC用循環(huán)中數(shù)據(jù)和探測表中SET_UP列的安全高度數(shù)據(jù)計(jì)算探測點(diǎn)位置。

（2）測頭運(yùn)動(dòng)到輸入的測量高度處并用探測進(jìn)給速率（F列）執(zhí)行第一次探測。

（3）測頭沿平行軸在測量高度或在第二安全高度運(yùn)動(dòng)至下一個(gè)起點(diǎn)2和探測第二觸點(diǎn)。

（4）TNC再將測頭移回第二安全高度，并處理由循環(huán)參數(shù)Q303和Q305確定的原點(diǎn)，并將實(shí)際值保存在以下Q參數(shù)中：

Q166：被測槽寬實(shí)際值；

Q157：中心線的實(shí)際值。

（5）根據(jù)需要，TNC繼續(xù)沿測頭軸通過另一次探測測量原點(diǎn)。

3.2 設(shè)置槽原點(diǎn)步驟及程序，如圖6所示

圖6 槽原點(diǎn)步驟及程序

Q321：中心的第一軸坐標(biāo)（絕對值），沿加工面參考軸的槽中心。

Q322：中心的第二軸坐標(biāo)（絕對值），槽的中心在加工面輔助軸上。

Q311：槽寬度（增量值），即槽寬，與其在加工面上的位置無關(guān)。

Q272：測量軸（1=第一個(gè)軸/2=第二個(gè)軸），需測量的加工面中的軸（1：參考軸=測量軸；2：輔助軸=測量軸）。

Q261：測量軸方向的測量高度，進(jìn)行測量的沿測頭軸的球頭中心坐標(biāo)值。

Q320：測量頭與球頭間的附加距離。

Q260：刀具與工件（夾具）之間不發(fā)生碰撞沿探測軸的坐標(biāo)值。

Q301：移動(dòng)到接近高度，定義測頭在兩測量點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)方式（0：在測量高度位置的兩測量點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)；1：兩測量點(diǎn)間在第二高度處運(yùn)動(dòng)）。

Q305：寄存器地址段號。

Q405：新原點(diǎn)（絕對值），TNC設(shè)置計(jì)算的槽中心的測量軸坐標(biāo)。

只要將以上參數(shù)的數(shù)值輸入到各參數(shù)中，就能編制出相應(yīng)程序。

程序如下：

Q321=50；槽中心1的坐標(biāo)。

Q322=50；槽中心2的坐標(biāo)。

Q311=20；槽的寬度。

Q272=1；參考軸是測量軸。

Q261=-5；進(jìn)行測量的沿測頭軸的球頭高度。

Q320=0；測量頭與球頭間的附加距離。

Q260=20；安全高度。

Q301=0；在測量高度位置的兩測量點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)。

Q305=10；輸入表中的號碼，TNC用于保存槽中心的坐標(biāo)。

Q405=0；cnc設(shè)置計(jì)算的槽中心的測量軸坐標(biāo)，默認(rèn)為0。

圖7 測頭工作圖

由于其他測量等功能同以上類似，只是循環(huán)參數(shù)不一樣而已，使用方法完全相同，這里就不再贅述了。

4 結(jié)語

海德漢系統(tǒng)的循環(huán)功能在找正、測量、補(bǔ)償?shù)确矫娑季哂泻軓?qiáng)大的功能，熟練掌握測量循環(huán)功能能夠提高安裝效率，進(jìn)而提高塑料模具的精度。