馬波斯測(cè)量系統(tǒng)在加工中心的應(yīng)用

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

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

中圖分類號(hào)：TM935 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 23-0000-02

1 引言

本文就馬波斯測(cè)量系統(tǒng)在加工中心的應(yīng)用，進(jìn)行深一步的研究。上汽通用五菱公司發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，引進(jìn)了應(yīng)用FANUC系統(tǒng)的德國E-XCELL-O先進(jìn)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(duì)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(jī)床上的工件檢測(cè)和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膯栴}。探測(cè)器具有兩種形式的測(cè)量頭，根據(jù)數(shù)控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)加工的工況環(huán)境需要，特選用T25“G”型，該型號(hào)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(cè)。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(hào)傳送方式，工廠選用其中的馬波斯紅外線傳輸主軸測(cè)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(shì)，可以360度激活/關(guān)閉信號(hào)，120度輻射區(qū)域，屬于寬角度接觸式測(cè)頭。測(cè)頭觸發(fā)信號(hào)采用紅外線傳輸，省去了連接電纜，方便了帶轉(zhuǎn)臺(tái)的臥式加工中心的應(yīng)用，防止因?yàn)檫B接電纜，在工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)測(cè)頭的電纜和臺(tái)面摩擦導(dǎo)致故障。

2 馬波斯測(cè)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(dòng)機(jī)工廠內(nèi)：

測(cè)頭模塊

在加工前或加工后檢測(cè)工件的坐標(biāo)和尺寸，測(cè)頭安裝在發(fā)射器上，用機(jī)床的M代碼指令將測(cè)量功能打開，在測(cè)頭接觸到工件時(shí)，發(fā)射器通過一定的角度向外發(fā)射紅外線信號(hào)，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(hào)，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(hào)，傳給機(jī)床CNC，再經(jīng)過NC程序的計(jì)算再把測(cè)量后的數(shù)值存儲(chǔ)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(jī)床的硬件接線圖如圖一所示

E83RXI的15米長的電纜中的藍(lán)色的電線（測(cè)頭測(cè)量結(jié)果的輸出）連接到光耦繼電器，該繼電器的輸出信號(hào)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(cè)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(dòng)/停止馬波斯探測(cè)器測(cè)量功能

因上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的臥式加工中心所選用的測(cè)頭模塊是需要用機(jī)床的M代碼指令來打開測(cè)量功能的，所以設(shè)備在FANUC18i系統(tǒng)下，馬波斯探測(cè)器在測(cè)量工件前，按照NC程序的指令，需要用M58來激活測(cè)頭，該M代碼會(huì)在機(jī)床PMC程序中進(jìn)行譯碼，即M58代碼通過PMC程序驅(qū)動(dòng)了與I/O端口連接的接觸器觸點(diǎn)，使之觸點(diǎn)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(shí)激活馬波斯探測(cè)器，接收器上的綠燈亮（測(cè)量結(jié)束后，如果要關(guān)閉MARPOSS的探測(cè)功能，需要在NC程序內(nèi)使用M57來指令，M57和M58 兩個(gè)M 代碼在PMC 的程序中屬于互鎖的兩個(gè)信號(hào)）。

3.2 馬波斯探測(cè)器通過機(jī)床PMC 程序發(fā)出報(bào)警

在探測(cè)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(huì)亮，同時(shí)接收器也會(huì)通過PMC程序來發(fā)出電池電量低的報(bào)警，首先是機(jī)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(hào)，在設(shè)備沒有其他故障且通過Grey的線路信號(hào)一直保持5秒以上時(shí)，報(bào)警信號(hào)就在PMC程序的掃描周期內(nèi)接通，該信號(hào)可以引起機(jī)床的三級(jí)報(bào)警，但不會(huì)引起機(jī)床的停機(jī)；若是馬波斯的測(cè)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障報(bào)錯(cuò)時(shí)，電信號(hào)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(jī)床上也出現(xiàn)三級(jí)報(bào)警。

在探測(cè)器測(cè)量完畢工件后，若測(cè)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(huì)使用機(jī)床廠家編寫的用來停止NC程序執(zhí)行的M代碼，使機(jī)床停止不動(dòng)作。

4 利用FANUC宏程序編輯馬波斯探測(cè)器的測(cè)量程序

上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的缸蓋、缸體線使用馬波斯測(cè)量系統(tǒng)測(cè)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(diǎn)，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(xì)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(cè)量系統(tǒng)測(cè)出鑄造點(diǎn)到燃燒室頂部的平均距離L，再計(jì)算出差值△L=ABS[ABS[L]-9.9]，該△L就是測(cè)量完工件后新的燃燒室高度基準(zhǔn)點(diǎn)的補(bǔ)償值。

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

馬波斯探測(cè)器在NC程序中的刀具號(hào)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(cè)器進(jìn)行測(cè)量前， NC 程序中，使用M58打開探測(cè)器的測(cè)量功能

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

4.2 在測(cè)量程序中使用FANUC系統(tǒng)提供的公共變量（#100～#199），存儲(chǔ)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(jī)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(jìn)行存儲(chǔ)。

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(shí)#5063=192.24

4.3 在測(cè)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(cè)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(hào)給接收器，此時(shí)表示接到信號(hào)的接收器上的綠燈會(huì)亮，光信號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，接收器上電纜里藍(lán)色的電線（表示探測(cè)器已經(jīng)接觸到工件）會(huì)有電流流過，觸發(fā)光耦繼電器，因?yàn)楣怦罾^電器有非常強(qiáng)的靈敏性，一旦觸發(fā)，光耦繼電器的跳轉(zhuǎn)信號(hào)直接連接送至NCU單元的JA40直連的接口。此時(shí)，NC 模塊直接處理該信號(hào)。電路上這樣設(shè)計(jì)是由于跳轉(zhuǎn)信號(hào)（SKIP）受PMC掃描時(shí)間的影響處理緩慢，故而由CNC直接讀取信號(hào)，通過G31立即取消剩余的移動(dòng)量，而轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一個(gè)程序段（N545），高速跳轉(zhuǎn)信號(hào)由于不經(jīng)過PMC，所以滯后和離散誤差?。‵ANUC 系統(tǒng)在NC 側(cè)的離散誤差為0～0.2ms）。因?yàn)樘D(zhuǎn)信號(hào)輸入時(shí)，機(jī)床的工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值會(huì)被貯存在系統(tǒng)變量#5061～#5068中，即N560 #115=#5063。

4.4 在得到測(cè)量數(shù)值后，計(jì)算出新的燃燒室高度基準(zhǔn)點(diǎn)的補(bǔ)償值

因系統(tǒng)變量#5063中存儲(chǔ)的數(shù)值賦給公共變量#115，即115=192.24但是機(jī)床在用Z軸移動(dòng)時(shí)使用了刀補(bǔ)，而計(jì)算在工件坐標(biāo)系下，鑄造點(diǎn)距離頂面的距離是個(gè)相對(duì)值，需要去掉刀具補(bǔ)償：#114=#2201+#2001=201.69，（#2201是刀具的形狀補(bǔ)償，#2001是磨損補(bǔ)償），#115=#115-#114=192.24-201.69=-9.45，此時(shí)9.45的值便是工件坐標(biāo)系下，燃燒室底部的鑄造點(diǎn)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(gè)燃燒室內(nèi)鑄造點(diǎn)距離頂面的平均距離，并賦給#159，因?yàn)闃?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(diǎn)的補(bǔ)償值，銑刀的工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)的位置為新的0′點(diǎn)位置。因?yàn)榻?jīng)過馬波斯測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量及NC程序的補(bǔ)償，銑刀可以準(zhǔn)確的以新的零點(diǎn)位置進(jìn)行加工，以保證燃燒室高度為9.9。

5 總述

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

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