數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)路徑技術(shù)探究

徐玉濤，岳宗平，馬文魁，李亞萍

（1.河南明璽智能裝備有限公司，河南鄭州 450001；2.河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 451191）

0 引言

數(shù)控機(jī)床可以對(duì)加工零件進(jìn)行在線檢測(cè)，其檢測(cè)系統(tǒng)一般分為兩種方式：一種是不使用計(jì)算機(jī)，直接調(diào)用機(jī)床程序即可；另一種是需要開發(fā)人員開發(fā)宏程序庫(kù)，以計(jì)算機(jī)為依托輔助編程系統(tǒng)，根據(jù)開發(fā)程序庫(kù)實(shí)時(shí)生成檢測(cè)程序，檢測(cè)程序再傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)[1]。數(shù)控機(jī)床的主要功能是對(duì)零件進(jìn)行精確加工，當(dāng)一批零件開始加工時(shí)，需要對(duì)夾具以及零件的裝卡、找正、原點(diǎn)，首件設(shè)備以及工序等進(jìn)行檢測(cè)[2]。目前有3 種方法可以完成上述檢測(cè)，分別為手工檢測(cè)、離線檢測(cè)和在線檢測(cè)[3]。

在線檢測(cè)系統(tǒng)也稱實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，是在數(shù)控機(jī)床加工過程中實(shí)時(shí)對(duì)刀具的方向進(jìn)行檢測(cè)，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)刀具做出相應(yīng)的處理[4]。在線檢測(cè)系統(tǒng)是一種基于計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制的檢測(cè)技術(shù)，其中的檢測(cè)過程是由數(shù)控程序控制[5]。

本文基于MATLAB 軟件進(jìn)行開發(fā)，并設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話窗口，滿足非專業(yè)人員對(duì)數(shù)控機(jī)床的操控。針對(duì)具有CAD 模型的零件進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過對(duì)規(guī)定距離測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的讀取，自動(dòng)規(guī)劃在線檢測(cè)路徑，并生成可直接用于數(shù)控機(jī)床的在線檢測(cè)代碼（圖1）。本文對(duì)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)在線檢測(cè)路徑的探究，增加了機(jī)床的可操作性、實(shí)時(shí)性，提高了零件檢測(cè)的精度。

圖1 人機(jī)對(duì)話窗口

1 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的讀取

在人機(jī)對(duì)話窗口點(diǎn)擊采樣點(diǎn)坐標(biāo)按鈕，依次選取待測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)和U、V 矢量的*.txt 文本文件。根據(jù)*.txt 文件顯示待測(cè)點(diǎn)信息，當(dāng)信息讀取完成后，可在采樣點(diǎn)坐標(biāo)文本框內(nèi)顯示采樣點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)采樣點(diǎn)具體數(shù)據(jù)信息可判斷路徑的精確性，在圖形交互界面顯示待測(cè)零件形貌，滿足各種零件的可視性（圖2）。

圖2 采樣點(diǎn)坐標(biāo)

2 矢量信息的讀取

矢量數(shù)據(jù)信息的讀取主要是為了使測(cè)頭能夠沿著測(cè)點(diǎn)的法向方向與零件接觸，切向矢量主要用于調(diào)整測(cè)頭的位姿，特別是對(duì)于五軸數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)，能夠有效避免測(cè)頭與工件碰撞。點(diǎn)擊讀取法向矢量和讀取切向矢量按鈕，分別選取測(cè)點(diǎn)法向和切向矢量的*.txt 文本文件。信息讀取完成后，可在法向矢量和切向矢量文本框內(nèi)顯示矢量數(shù)據(jù)信息，可在圖像交互界面顯示測(cè)點(diǎn)法向和切向矢量方向，若矢量方向與待測(cè)方向相反，則點(diǎn)擊法向矢量反向和切向矢量反向按鈕，調(diào)整矢量方向（圖3）。

圖3 矢量信息

3 檢測(cè)路徑規(guī)劃及檢測(cè)代碼生成

待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與矢量信息讀取完成后，在測(cè)點(diǎn)進(jìn)給速度、定位距離、定位速度、回退距離和測(cè)頭半徑文本對(duì)話框輸入相關(guān)測(cè)量參數(shù)，根據(jù)設(shè)置人機(jī)界面直接點(diǎn)擊生成檢測(cè)程序按鈕，檢測(cè)路徑由軟件自動(dòng)規(guī)劃生成（圖4）。路徑規(guī)劃完成后，可在圖形交互界面顯示路徑規(guī)劃線路，自動(dòng)彈出檢測(cè)路徑數(shù)控代碼（圖5），生成的路徑可為數(shù)控機(jī)床的加工提供精確參考，降低企業(yè)次品率。

圖4 規(guī)劃路徑

圖5 顯示代碼

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用MATLAB 軟件針對(duì)數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)在線檢測(cè)開發(fā)宏程序，并根據(jù)企業(yè)具體要求設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話窗口，依據(jù)開發(fā)的宏程序自動(dòng)識(shí)別CAD 模型，并自動(dòng)識(shí)別模型待測(cè)點(diǎn)，根據(jù)點(diǎn)位自動(dòng)生成路徑和代碼，應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床，完成數(shù)控機(jī)床自動(dòng)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。人機(jī)對(duì)話窗口可滿足非專業(yè)人員的可操作性。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，本次宏程序增加了人機(jī)操作界面，滿足了設(shè)備的可視性，而且縮短了常規(guī)檢測(cè)時(shí)間，精度達(dá)到98%以上，能夠滿足大多數(shù)企業(yè)對(duì)零件加工的精度要求，具有一定的實(shí)用性。