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        精密復雜零件數(shù)控加工在線檢測方法研究*

        2018-08-31 02:13:58毛文亮楊小平
        機械制造 2018年5期
        關(guān)鍵詞:法線宏程序數(shù)控系統(tǒng)

        □ 毛文亮 □ 楊小平

        1.甘肅機電職業(yè)技術(shù)學院 甘肅天水 741001

        2.甘肅農(nóng)業(yè)大學科學技術(shù)處 蘭州 730000

        精密復雜零件制造是一個國家制造業(yè)水平的集中體現(xiàn)。隨著我國數(shù)控加工技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對在線檢測技術(shù)提出了更高的要求。當前國內(nèi)大量在線檢測軟件受機床系統(tǒng)、測頭品牌等限制,編程煩瑣,價格昂貴,無法通用。開發(fā)一套宏程序在線檢測庫,引入數(shù)控機床系統(tǒng),通過調(diào)用宏程序并賦值,生成所需要的在線檢測程序,控制加工中心自動完成檢測任務(wù),這樣不但可以有效提高產(chǎn)品檢測精度、效率,還可以大大降低檢測成本[1-4]。

        1 精密復雜零件數(shù)控加工在線檢測原理

        復雜零件通常由圓孔、圓柱、圓錐、凸臺、凹槽、球、橢圓等幾種基本體組合而成,將一個精密復雜零件按不同特征分解為不同的基本體,在計算機上生成基本體在線檢測宏程序,將基本體在線檢測宏程序由RS 232通信接口傳輸至數(shù)控機床,通過調(diào)用基本體在線檢測宏程序庫中的宏程序并賦值,生成所需要的在線檢測程序[5],機床伺服系統(tǒng)驅(qū)動測頭對被測件上的點、線、面、圓孔、圓柱、圓錐、凸臺、凹槽、球、橢圓等基本體進行測量,測頭測量時發(fā)出的觸發(fā)信號通過測頭與數(shù)控系統(tǒng)的專用接口轉(zhuǎn)換為數(shù)控系統(tǒng)可識別的信號。數(shù)控系統(tǒng)接收信號后,記錄下各測量點坐標,對坐標進行處理,最終獲得組合體的測量結(jié)果。

        2 在線檢測路徑規(guī)劃

        檢測路徑對工件檢測精度的影響很大,規(guī)劃檢測路徑時既要避免測頭碰撞工件,又要避免測頭超程。測量曲面時,測頭接觸測點的方向有沿軸線方向接觸和沿法線方向接觸兩種方式[6]。測頭沿軸線方向接觸測點如圖1所示,測頭以測點A的Z軸方向接觸工件,測頭與實際工件表面接觸的是B點,檢測系統(tǒng)返回的是C點的坐標值,由于測點B的法線矢量方向未知,因此難以通過C點求出測點B的坐標值,一般不采用。測頭沿法線方向接觸測點如圖 2所示,這種方法被廣泛應(yīng)用,測頭與實際工件表面B點接觸,檢測系統(tǒng)返回的是C點的坐標值,可由沿法線矢量方向測頭半徑補償測量值方便地計算出A點的加工誤差。具體檢測時,測頭以Z軸方向接近某測點,到達預設(shè)高度點時停留片刻,再沿工件曲面模型法線方向接觸測點。該測點 檢測完畢后,沿原法線矢量方向返回到預設(shè)高度,重復以上動作接觸下一個測點,直到所有測點檢測完畢[7-10]。

        ▲圖1 測頭沿軸線方向接觸測點

        ▲圖2 測頭沿法線方向接觸測點

        3 在線檢測宏程序庫的建立

        3.1 用戶宏程序基本檢測指令

        G31是在線檢測程序中最常用的基本檢測指令,它是FANUC Oi數(shù)控系統(tǒng)自定義的模態(tài)跳步指令。指令格式為G31 IP_F_,IP為X軸、Y軸、Z軸中一個軸的移動量。當測頭碰觸工件表面時,接觸信號產(chǎn)生,控制系統(tǒng)接收此信號,將X軸、Y軸、Z軸坐標值儲存起來并保持不變,僅當下一個跳越信號發(fā)出后才能改變,然后立即停止執(zhí)行當前程序段的剩余部分,轉(zhuǎn)向下一個程序段。

        G92是工件坐標系設(shè)定指令,功能是設(shè)定工件坐標系的原點。

        M02是程序結(jié)束指令,功能是在完成程序段的所有指令后,使主軸進給停止。

        G65是宏程序調(diào)用指令,指令格式為G65 P L<宏變量傳遞值>,P為程序號,L為重復次數(shù)。

        外部輸出指令是加工中心在線測量系統(tǒng)與外部處理器進行通信的重要指令,主要包括開通指令POPEN、關(guān)閉指令 PCLOS、數(shù)據(jù)輸出指令BPRNT和DPRNT。

        3.2 用戶宏程序變量

        FANUC Oi數(shù)控系統(tǒng)中,宏變量用地址符#和后面的數(shù)字來表示,分為空變量(#0)、局部變量(#1~#33)、公共變量(#100~#149、#500~#531)和系統(tǒng)變量(#1000及以上)??兆兞康闹悼偸荖ULL,若沒有值,則可設(shè)置為這種類型。局部變量在一個宏程序中用來保存數(shù)據(jù),系統(tǒng)斷電時局部變量為NULL,被調(diào)用時參數(shù)賦值給局部變量。公共變量可被不同宏程序分享,系統(tǒng)斷電時,#100~#149為 NULL,#500~#531可保持。 系統(tǒng)變量是用來讀寫數(shù)控系統(tǒng)指令或數(shù)據(jù)的變量。

        3.3 在線檢測宏程序舉例

        編制點、線、面、圓孔、圓柱、圓錐、凸臺、凹槽、球、橢圓等基本體的在線檢測宏程序,組成在線檢測宏程序庫。測量時,通過調(diào)用宏程庫中的宏程序并賦值,生成所需要的實際測量程序,這樣就可以對工件進行測量了。

        下面以凸臺在線檢測宏程序的編制來進行具體說明[11-12]。

        調(diào)用格式為:

        G65 P9661 X Y Z U V B F C E Q H

        變量的定義見表1。

        表1 變量定義

        宏程序如下:

        4 試驗驗證

        采用 FANUC 0i VMC-850B三軸立式加工中心、TP20型觸發(fā)式測頭,通過調(diào)用在線檢測宏程序庫中點、線、面、圓孔、凸臺等基本體的在線檢測宏程序并賦值,對精密復雜零件的點、線、面、圓孔、凸臺進行在線檢測,并將檢測結(jié)果與三坐標測量機的測量結(jié)果進行對比。結(jié)果顯示,零件的各項數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求,與三坐標測量機測量結(jié)果基本一致。在線檢測宏程序測量如圖3所示,零件上選取的5個測量點的檢測結(jié)果與三坐標測量機的檢測結(jié)果進行比較,見表2。

        ▲圖3 在線檢測宏程序測量

        表2 檢測數(shù)據(jù)比較 mm

        5 結(jié)論

        在數(shù)控機床中引入點、線、面、圓孔、圓柱、圓錐、凸臺、凹槽、球、橢圓等基本體在線檢測宏程序庫,通過調(diào)用賦值,對精密復雜零件進行在線檢測,這樣不但精準、高效,而且非常簡捷、低成本。通過不斷完善在線檢測宏程序庫,在線檢測宏程序可以完成部分三坐標測量機的功能。在后續(xù)的研究中,將不斷完善,使這項技術(shù)被廣泛推廣應(yīng)用。

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