摘要：安裝在加工中心上的馬波斯測量系統(tǒng)，利用NC程序及PMC程序完成工件尺寸的測量，從而對加工程序中的宏變量進行補償，使得整個工件的加工形成一個全閉環(huán)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：馬波斯測量系統(tǒng)；FANUC；系統(tǒng)；PMC；NC

中圖分類號：TM935 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 23-0000-02

1 引言

本文就馬波斯測量系統(tǒng)在加工中心的應(yīng)用，進行深一步的研究。上汽通用五菱公司發(fā)動機工廠，引進了應(yīng)用FANUC系統(tǒng)的德國E-XCELL-O先進的臥式加工中心，分別應(yīng)用在在缸體和缸蓋生產(chǎn)線上。為了滿足缸體和缸蓋加工中對某些關(guān)鍵尺寸嚴(yán)格控制的要求，這些加工中心應(yīng)用了意大利馬波斯公司的Mida TM系列產(chǎn)品，旨在解決數(shù)控機床上的工件檢測和自動補償?shù)膯栴}。探測器具有兩種形式的測量頭，根據(jù)數(shù)控設(shè)備現(xiàn)場加工的工況環(huán)境需要，特選用T25“G”型，該型號可以抵抗冷卻液的浸入，單向重復(fù)性為0.5um，適用于工件檢測。馬波斯提供無線電（E86N），光學(xué)（E83）及電纜傳送（E32-E88）這三種不同形式的信號傳送方式，工廠選用其中的馬波斯紅外線傳輸主軸測頭系統(tǒng)，即是MIDA E83系列，它具有系統(tǒng)模塊化，高精度和安裝簡單三大優(yōu)勢，可以360度激活/關(guān)閉信號，120度輻射區(qū)域，屬于寬角度接觸式測頭。測頭觸發(fā)信號采用紅外線傳輸，省去了連接電纜，方便了帶轉(zhuǎn)臺的臥式加工中心的應(yīng)用，防止因為連接電纜，在工作臺移動時測頭的電纜和臺面摩擦導(dǎo)致故障。

2 馬波斯測量系統(tǒng)的硬件連接由以下元件組成

例如：在上汽通用五菱發(fā)動機工廠內(nèi)：

測頭模塊

在加工前或加工后檢測工件的坐標(biāo)和尺寸，測頭安裝在發(fā)射器上，用機床的M代碼指令將測量功能打開，在測頭接觸到工件時，發(fā)射器通過一定的角度向外發(fā)射紅外線信號，經(jīng)過接收器送給CNC。

接收器模塊

接收器接收發(fā)射器發(fā)送的紅外線信號，再傳給CNC接口裝置單元。

接口裝置模塊

接收和處理從接收器接收到的紅外線信號，傳給機床CNC，再經(jīng)過NC程序的計算再把測量后的數(shù)值存儲到FANUC系統(tǒng)的公共變量（#100～#199）中。選用E83RXI接口裝置，它集成在接收器內(nèi)，不必再使用分開的接口裝置。

接收器與CNC機床的硬件接線圖如圖一所示

E83RXI的15米長的電纜中的藍色的電線（測頭測量結(jié)果的輸出）連接到光耦繼電器，該繼電器的輸出信號不經(jīng)過PMC的處理，直接連到NC單元，由NC單元處理。

3 馬波斯測量系統(tǒng)的電氣控制

3.1 加工中的NC程序通過M代碼來啟動/停止馬波斯探測器測量功能

因上汽通用五菱發(fā)動機工廠的臥式加工中心所選用的測頭模塊是需要用機床的M代碼指令來打開測量功能的，所以設(shè)備在FANUC18i系統(tǒng)下，馬波斯探測器在測量工件前，按照NC程序的指令，需要用M58來激活測頭，該M代碼會在機床PMC程序中進行譯碼，即M58代碼通過PMC程序驅(qū)動了與I/O端口連接的接觸器觸點，使之觸點閉合，從而促使上述圖一中24VDC一路導(dǎo)通，即馬波斯接收器上的START/STOP（Yellow）接通（如圖一），c此時激活馬波斯探測器，接收器上的綠燈亮（測量結(jié)束后，如果要關(guān)閉MARPOSS的探測功能，需要在NC程序內(nèi)使用M57來指令，M57和M58 兩個M 代碼在PMC 的程序中屬于互鎖的兩個信號）。

3.2 馬波斯探測器通過機床PMC 程序發(fā)出報警

在探測器的紅外線發(fā)射器使用電池來供電，電量為9V，長期使用后，電池電量低，或者是電池出現(xiàn)接觸不良的問題，接收器上代表電池電量低的黃燈也會亮，同時接收器也會通過PMC程序來發(fā)出電池電量低的報警，首先是機床側(cè)的馬波斯接收器通過顏色為Grey的線路向PMC輸入信號，在設(shè)備沒有其他故障且通過Grey的線路信號一直保持5秒以上時，報警信號就在PMC程序的掃描周期內(nèi)接通，該信號可以引起機床的三級報警，但不會引起機床的停機；若是馬波斯的測量系統(tǒng)出現(xiàn)故障報錯時，電信號由接收器接口電纜里的白色電線White發(fā)出Error給PMC，接收器的紅燈亮，機床上也出現(xiàn)三級報警。

在探測器測量完畢工件后，若測量的數(shù)值較大，超出了NC程序中設(shè)置的正常范圍，則NC程序會使用機床廠家編寫的用來停止NC程序執(zhí)行的M代碼，使機床停止不動作。

4 利用FANUC宏程序編輯馬波斯探測器的測量程序

上汽通用五菱發(fā)動機工廠的缸蓋、缸體線使用馬波斯測量系統(tǒng)測量了工件的一些關(guān)鍵尺寸，例如缸蓋燃燒室的容積。燃燒室是鑄造的，底部有鑄造點，它的容積依靠燃燒室的高度來保證，高度控制在9.9±0.1mm，因模具的細微不同和鑄造的特殊性，造成了鑄造件普遍公差較大，需要用精密的測量系統(tǒng)測出鑄造點到燃燒室頂部的平均距離L，再計算出差值△L=ABS[ABS[L]-9.9]，該△L就是測量完工件后新的燃燒室高度基準(zhǔn)點的補償值。

現(xiàn)以其中的一段馬波斯探測器的測量程序舉例說明燃燒室的測量方法，如下分別為測量主程序O0001和調(diào)用的宏程序O0950，NC程序舉出一個燃燒室高度的測量編程方法。

馬波斯探測器在NC程序中的刀具號為T110

O0001 O0950

N9030M6T110 N510#114=[#2201+#2001]（H1=201.69）

N9050B0 N475G43H1

N9060G53Z390 N530#199=#5023（ACT. Z POS.）

N9070G0G43X-42.45Y273.25H1 N535IF[#1011NE0]THEN#3000=1（PROBE CONTACT）

N9075M58 N540G43G31G91Z#139F#112（MEAS）

N9080Z-7 N545IF[#1011NE1]THEN#3000=1（PROBE NO CONTACT） N9090#139=-10（PROBE Z-WAY） N560#115=#5063（RESULT）

N9100#111=3（AXIS Z） N570#115=#115-#114（Z-TOOLLENGTH）

N9110M98P0950（MEASURE） N580G1G53G90Z#199

N9120G4（STOPRE） N600#150=#115-#125（Z-CALIBR VAL）

N9130#151=#150（SAVE 1 ST） N610M99

4.1 在馬波斯探測器進行測量前， NC 程序中，使用M58打開探測器的測量功能

馬波斯探測器在測量燃燒室底部的鑄點（坐標(biāo)為：X-42.45Y273.25）距離頂面的高度時，N9070行程序段中主軸先在X，Y方向使用G00進行快速定位，在移動Z 軸之前，在N9075中使用M58來打開測頭的測量功能，然后快速移動到距離測量點2～3mm的地方，即移動到Z-7，

4.2 在測量程序中使用FANUC系統(tǒng)提供的公共變量（#100～#199），存儲系統(tǒng)變量的數(shù)值

N530程序段中，NC程序把當(dāng)前的Z軸的機械坐標(biāo)位置從系統(tǒng)變量（#5023）中讀取，并寫入公共變量中。上述程序中使用#199變量進行存儲。

N560 程序段中，NC程序?qū)?dāng)前的Z軸的工件坐標(biāo)位置從系統(tǒng)變量（#5063）中取出并寫入公共變量#115，根據(jù)FANUC操作面板顯示的工件坐標(biāo)系位置，此時#5063=192.24

4.3 在測量程序中使用高速跳轉(zhuǎn)G代碼——G31

在O0950程序中N540程序段中，使用G31具有高速跳轉(zhuǎn)功能的G代碼，在測頭接觸到工件的一瞬間，T25內(nèi)部的開關(guān)接通，發(fā)射器發(fā)射紅外線信號給接收器，此時表示接到信號的接收器上的綠燈會亮，光信號會轉(zhuǎn)化為電信號，接收器上電纜里藍色的電線（表示探測器已經(jīng)接觸到工件）會有電流流過，觸發(fā)光耦繼電器，因為光耦繼電器有非常強的靈敏性，一旦觸發(fā)，光耦繼電器的跳轉(zhuǎn)信號直接連接送至NCU單元的JA40直連的接口。此時，NC 模塊直接處理該信號。電路上這樣設(shè)計是由于跳轉(zhuǎn)信號（SKIP）受PMC掃描時間的影響處理緩慢，故而由CNC直接讀取信號，通過G31立即取消剩余的移動量，而轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一個程序段（N545），高速跳轉(zhuǎn)信號由于不經(jīng)過PMC，所以滯后和離散誤差小（FANUC 系統(tǒng)在NC 側(cè)的離散誤差為0～0.2ms）。因為跳轉(zhuǎn)信號輸入時，機床的工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值會被貯存在系統(tǒng)變量#5061～#5068中，即N560 #115=#5063。

4.4 在得到測量數(shù)值后，計算出新的燃燒室高度基準(zhǔn)點的補償值

因系統(tǒng)變量#5063中存儲的數(shù)值賦給公共變量#115，即115=192.24但是機床在用Z軸移動時使用了刀補，而計算在工件坐標(biāo)系下，鑄造點距離頂面的距離是個相對值，需要去掉刀具補償：#114=#2201+#2001=201.69，（#2201是刀具的形狀補償，#2001是磨損補償），#115=#115-#114=192.24-201.69=-9.45，此時9.45的值便是工件坐標(biāo)系下，燃燒室底部的鑄造點在工件坐標(biāo)系下距離頂面的距離。

以此方法可以得出每個燃燒室內(nèi)鑄造點距離頂面的平均距離，并賦給#159，因為標(biāo)準(zhǔn)值為9.9，若平均距離為#159=-9.45， #160=ABS[ABS[#159]-9.9]= 0.45，即△L=0.45，此差值再作為新的零點的補償值，銑刀的工件坐標(biāo)系的零點的位置為新的0′點位置。因為經(jīng)過馬波斯測量系統(tǒng)的測量及NC程序的補償，銑刀可以準(zhǔn)確的以新的零點位置進行加工，以保證燃燒室高度為9.9。

5 總述

從馬波斯測量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及功能實現(xiàn)來看，它安裝簡單，反應(yīng)靈敏，測量精度高，測量結(jié)果穩(wěn)定等多項優(yōu)點，而且利用NC程序和PMC程序即可很容易地實現(xiàn)其測量功能，并可以對工件的加工質(zhì)量做到動態(tài)補償，實現(xiàn)全閉環(huán)的控制，降低工件的報廢率，是自動化生產(chǎn)線上不可或缺的一部分。

參考文獻：

[1]黃選平，鄧偉俊.數(shù)控宏程序與馬波斯測量儀的配合應(yīng)用[J].鐵道機車車輛工人，2006，05.

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