數(shù)控型不落輪對車床的自動測量系統(tǒng)的研究

張庭耀

摘 要：在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控技術(shù)憑借著獨(dú)有的先進(jìn)性和高效性成為當(dāng)前金屬加工業(yè)的主力軍，不落輪對車床憑借著其獨(dú)有的特點(diǎn)在金屬加工過程中起到了重要的作用。下面我們就將針對當(dāng)前不落輪對車床的自動測量系統(tǒng)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；不落輪對車床；自動測量

中圖分類號：TG527 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

數(shù)控不落輪對自動測量主要可以分為以下幾個部分：

1.軸向定位測量系統(tǒng)

軸向定位測量，主要是以尋找被加工的左右輪對在機(jī)床坐標(biāo)系中的軸向位置和計算內(nèi)側(cè)距AR為主要目的。

在具體的測量工作中，首先要將刀架上的左右測量裝置通過M指令，按照+Z方向進(jìn)入工作區(qū)域（如圖1所示），隨后刀架和安裝在上面的測量裝置會先沿著-X方向集訓(xùn)運(yùn)行，以左邊為B1、右邊為B2，兩邊的側(cè)頭在與工件接觸后停止運(yùn)動，同時通過接口信號命令，清除剩余距離。隨后，刀架沿著+Z的方向繼續(xù)運(yùn)行。將軸向測量桿命名為A，其中左側(cè)的為A1，右側(cè)的為A2。再起與工件產(chǎn)生接觸之后，會產(chǎn)生相應(yīng)的偏移，在打開下端的折光片C2離開遮光位置時（如圖2所示），微型叉式光柵原件（如圖3所示）所發(fā)出的管線經(jīng)過信號放大，將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)接口和PC，將+Z方向上的運(yùn)行停止，并清除剩余距離。

此時，對于軸向數(shù)值還不能直接讀取，原因是測量裝置在+Z方向運(yùn)動的過程中產(chǎn)生了沖程量，并且工件的內(nèi)側(cè)面在原始加工中還有未消除的誤差，同時，在輪對的裝夾上也有一定的誤差，所以需要將刀架在低速的工況下相-Z方向倒退。刀架倒退是以信號命令為準(zhǔn)，有信號輸出，退回運(yùn)動便會產(chǎn)生；當(dāng)信號輸出停止，刀架的倒退也會停止，并且在輪對轉(zhuǎn)過一圈，系統(tǒng)確認(rèn)無數(shù)出信號后，再將剩余距離的清除。

通過指令系統(tǒng)的傳輸途徑，我們將Z方向?qū)嶋H值貯存器中的內(nèi)同讀取到PC端，在參考了A桿的偏移之后，便可以具體得出工件的軸向尺寸。具體公式我們定義為Z01+Z02=AR。這一過程的統(tǒng)計和運(yùn)算，我們完全可以通過PC來完成。

2.磨損量測量系統(tǒng)

數(shù)控部落輪對車床自動測量系統(tǒng)中的第二部分是磨損量測量系統(tǒng)（如圖4所示）。在這一部分內(nèi)，通過測量探頭B和行程為60mm、分辨率為±1微米的數(shù)字式位移傳感器配合，完成全部的測量工作。通過磨損量測量，可以確定被加工工件的實(shí)際磨損情況，為數(shù)控系統(tǒng)的坐標(biāo)系提供了橫向坐標(biāo)上的坐標(biāo)偏移，以及加工過程中的切深和分刀操作的數(shù)據(jù)支持。

在具體的操作過程中，刀架在CNC程序的控制之下，將磨損側(cè)頭運(yùn)行到指定位置上，待側(cè)頭與工件切實(shí)接觸后，降速運(yùn)行25mm～30mm，此時可以讀取X軸方向的實(shí)際坐標(biāo)值。待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后，以傳感器中位移較小的數(shù)值作為磨損測量的基準(zhǔn)值△X1，然后以△X1為基準(zhǔn)，減掉測頭在X方向上的偏移值，得到的結(jié)果便是CNC程序中的X方向偏移粗值。通過刀架在完成X和Z方向上的定程移動后，通過讀取位移傳感器中的具體數(shù)值，可以得到其他各點(diǎn)的測量值。此時，位移傳感器中的數(shù)值計算是相對于△X1而言的，每一個點(diǎn)的測量采用可以讀取到相應(yīng)的數(shù)值，并且在PC中進(jìn)行存儲。將所測得的數(shù)據(jù)與理論標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，可以得出△Xmin與△Xmax，作為某一輪形最小偏移量和最大偏移量，以此作為此輪型CNC程序坐標(biāo)偏移、切深、和分刀切削的計算參數(shù)。

值得注意的是，磨損測量點(diǎn)的數(shù)量與軸向坐標(biāo)值之間的選擇，與輪型的幾何模型還有輪對在具體的使用過程中與磨損的部位有直接關(guān)系。因此，在對容易出現(xiàn)磨損的部位進(jìn)行測量時，要相對多的安排測量點(diǎn)，對同一輪型不同的幾何曲線一般都應(yīng)當(dāng)著重設(shè)置測量點(diǎn)。

此外，在電器控制硬件上，數(shù)字傳感器放出的信號首先會經(jīng)過EXE801變化其進(jìn)行信號處理，然后在傳往PC端的高速計數(shù)器組件中。

3.直徑測量系統(tǒng)

通過PC的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我們可以求的左右輪對的輪徑差△Ф，處于對部落輪對車床的特殊性考慮，我們需要提前做好切削前的準(zhǔn)備和切削完成后的輪徑作為主要的尺寸參數(shù)。

在輪對旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生摩擦，進(jìn)而帶動直徑測量盤旋轉(zhuǎn)。此時，編碼器的輸出會直接傳送至PC端的高速記數(shù)組件，并且需要在輪對一邊的外側(cè)面安裝可見光或者紅外光的反射式光束開關(guān)用于測量控制。輪對每轉(zhuǎn)一圈，光束開關(guān)便會發(fā)射一個脈沖信號至PC端。

通過預(yù)先的系統(tǒng)設(shè)定，我們將測量盤的直徑設(shè)為Ф1，測量盤轉(zhuǎn)圈量為n1，輪對整體所轉(zhuǎn)圈數(shù)為nx，輪對的直徑為Фx，由此我們可以得到的計算公式是：∏Ф1n1=∏Ф1n1；其中，而相應(yīng)的，在這當(dāng)中，P1為計數(shù)累計值，P0為編碼器一周所發(fā)出的脈沖數(shù)。經(jīng)過公式推導(dǎo)，我們可以得出以下表達(dá)式：

在這個表達(dá)式中。Ф1、P0為常數(shù)，P1、nx分別由PC端統(tǒng)計得出。通過這個計算公式，我們可以得出輪對的直徑Фx和直徑差△Φ，通過實(shí)際的磨損測量，我們可以得到△Φ′，經(jīng)過具體的比較，我們可以取得兩個值的平均數(shù)，作為CNC程序在X坐標(biāo)方向上的平移和切深以及分刀切數(shù)的參考數(shù)值。

在實(shí)際的操作過程中，我們需要注意直徑測量精度的一些影響因素，主要有以下幾點(diǎn)：（1）Ф1的幾何精度；（2）量盤的安裝位置精度；（3）輪對自身的不圓度；（4）測量盤與車輪之間的摩擦精度；（5）高速計數(shù)器的累計計數(shù)精確度；（6）輪對圈數(shù)的計算精度。

在這當(dāng)中，我們需要注意，結(jié)合電器控制的因素，對于高速計數(shù)器累計計數(shù)精度和輪對圈數(shù)計算精確度兩個方面，根據(jù)上述推導(dǎo)的公式可以得出。

當(dāng)測量盤的直徑被盡量減小時，增大編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)量和直徑測量時，輪對的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)可以減小測量誤差，并進(jìn)一步提高測量精度。

通過對不落輪對車床自動檢測系統(tǒng)的研究，我們可以進(jìn)一步調(diào)整數(shù)控不落輪對車床的功能，在控制成本的前提下，提高系統(tǒng)的精確度和工作效率。

參考文獻(xiàn)

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