吳義榮

中山邁雷特數控技術有限公司 廣東中山 528437

1 序言

隨著工業(yè)機器人、自動化技術的發(fā)展，數控機床單機、多機自動化生產線的實現(xiàn)已不再是技術難題。但若要真正實現(xiàn)數控機床自動化無人值守加工，必須解決加工過程的在線檢測及偏差自動補償問題。否則，在出現(xiàn)刀具磨損、機床“跑尺寸”等意外時，將可能導致大批零件尺寸出現(xiàn)偏差甚至報廢[1-3]。本文以某客戶軸套孔加工在線檢測及自動補償的實現(xiàn)過程為例，介紹一種數控車床的在線檢測及偏差自動補償的實現(xiàn)方法。

2 相關產品簡介

本文介紹的數控車床在線檢測及偏差自動補償的方法，是基于車床數控系統(tǒng)TPK980Ta（見圖1）及IRP60紅外測量儀（見圖2）而實現(xiàn)的。

圖1 TPK980Ta

圖2 IRP紅外測量儀

TPK980Ta是拓普康自控公司研制的一款車床數控系統(tǒng)，最多可控制5個軸，最小分辨率0.1μm，內置式PLC，支持車銑復合加工。其支持宏程序功能，系統(tǒng)的模態(tài)、坐標和刀補數據都可以通過宏變量形式供用戶讀/寫。另外，該款系統(tǒng)還具備界面組態(tài)功能，用戶可以根據應用需求自定義專用界面。

IRP紅外測量儀是海克斯康的一款幾何尺寸測量儀器，能夠測量工件邊緣、孔、槽、平臺、角度、拐角和圓弧等幾何形狀。其由IRP60.00紅外線測頭和IRR61.00紅外線接收器組成，紅外接收器接收來自紅外線測頭的測量信號，并且負責啟動/關閉測量系統(tǒng)，控制整個測量系統(tǒng)與數控系統(tǒng)的通信。

3 方案設計及實現(xiàn)

某公司承接了一批軸套類零件的加工業(yè)務，受新冠疫情影響，難于招聘到合適的操作人員。為解決操作人員短缺問題，該公司提出了采用桁架機械手替代人工進行上下料的方案，可實現(xiàn)數控機床單機自動化加工。但在自動化加工過程中，由于沒有人員參與檢測，一旦零件的關鍵尺寸出現(xiàn)偏差，后果將可能是零件的批量報廢。因此，必須解決自動化加工中的檢測及偏差自動修正問題。

針對客戶需求，筆者提出了加工過程在線檢測及偏差自動補償的方案。該方案主要包含：①設計專用梯形圖（PLC），實現(xiàn)對測量系統(tǒng)的打開/關閉、電池電量低等異常情況的處理。②設計專用宏程序，實現(xiàn)在線測量及偏差自動補償。③設計專用界面，方便操作人員設置，以應對不同尺寸規(guī)格的零件，并可直觀顯示自動測試的結果。

3.1 梯形圖的改進設計

梯形圖的改進設計主要是增加控制指令（M代碼）實現(xiàn)對測量系統(tǒng)的打開/關閉，以及當測頭出現(xiàn)電池電量不足等情況時向數控系統(tǒng)發(fā)出警告提示。由于梯形圖控制較為簡單，所以本文不做詳述。

3.2 宏程序的設計

設計思路是將測量儀探頭當作一把特殊的刀具，在本文案例中，刀具號為8，刀具偏置號為32。為實現(xiàn)在線測量及偏差補償，設計了兩個宏程序，一個完成測量儀的自動校準，另一個完成零件內孔尺寸的在線測量及自動補償。

（1）測量儀自動校準 自動校準過程是通過測量儀對主軸上夾持的標準件進行檢測，進而對探頭中心相對主軸軸心X向的偏差進行自動校準設置。同時，通過對標準件的測量，可以判斷探頭與主軸軸心是否等高。為保證測量數據的準確性，在Z向不同位置分別測量，共測量3次，根據測量結果判斷數據是否有效，當數據有效時，以3次測量的平均值作為偏差補償值進行自動補償。測量儀自動校準處理流程如圖3所示，測量儀自動校準程序包括模態(tài)數據保存、標準件測量、恢復模態(tài)數據、探頭偏差自動校正和異常處理5個模塊。

圖3 測量儀自動校準處理流程

1）模態(tài)數據保存模塊程序代碼及功能注釋如下。

2）標準件測量模塊程序代碼及功能注釋如下。

4）探頭偏差自動校正程序代碼及功能注釋如下。

（2）在線測量及偏差補償 在零件內孔Z向的不同位置進行3次測量，如果3次測量中有2次或2次以上的測量數據都在公差范圍內，則判定此零件合格；如果有2次或2次以上的測量數據不在公差范圍內，則進行出錯提示并要求手動確認零件是否合格；同時，將3次測量數據的偏差平均值作為加工內孔刀具的補償值，自動修正該刀具的偏置值。在線測量及偏差自動補償處理流程如圖4所示，其程序包括尺寸檢測、測試不合格處理以及偏差自動補償等模塊。

圖4 在線測量及偏差自動補償處理流程

1）第一次檢測的代碼與第二、三次基本相同，只是檢測的軸向位置不同。第一次檢測模塊程序代碼及功能注釋如下。

2）第一次測試不合格處理模塊程序代碼及功能注釋如下。

3）測試不合格處理及偏差自動補償模塊程序代碼及功能注釋如下。

3.3 組態(tài)界面的設計

組態(tài)界面的主要目的是給操作人員提供方便，在針對不同尺寸規(guī)格的零件和使用不同規(guī)格的探頭時，可以快捷、直觀地設置相關數據。同時，對測量儀每一次的檢測結果進行顯示和判定提示。組態(tài)界面基于TPKDesigner軟件進行設計，通過USB設備導入到TPK980Ta數控系統(tǒng)中。

TPKDesigner軟件啟動后的顯示界面如圖5所示，針對該需求設計的組態(tài)界面如圖6所示。組態(tài)界面導入TPK980Ta數控系統(tǒng)后，實際加工測量中顯示的效果如圖7所示。

圖5 TPKDesigner軟件啟動后的顯示界面

圖6 使用TPKDesigner設計的組態(tài)界面

圖7 組態(tài)界面導入TPK980Ta后實際顯示效果

4 結束語

基于本文方案設計的數控車床內孔加工在線檢測、自動補償功能，配合外部桁架機械手自動上下料裝置，實現(xiàn)了數控機床單機自動化生產線的無人值守加工，已在用戶現(xiàn)場穩(wěn)定運行了半年，為生產效益提供了保障。