在機(jī)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

■ 徐工消防安全裝備有限公司 （江蘇徐州 221000） 李 云

工程師 李 云

隨著我國(guó)《中國(guó)制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng)的實(shí)施，工程機(jī)械各主機(jī)廠商都在進(jìn)行以智能制造為目標(biāo)的技術(shù)改造，建設(shè)以創(chuàng)新、綠色、智能為主題，信息化與工業(yè)化深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能工廠。智能工廠是指基于全面互聯(lián)、智能控制、安全可靠的工聯(lián)網(wǎng)，廣泛采用新一代信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)，綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)生產(chǎn)、檢驗(yàn)檢測(cè)和倉(cāng)儲(chǔ)物流等智能裝備、軟件和控制系統(tǒng)的現(xiàn)代工廠。對(duì)于機(jī)械加工各工序而言，智能制造主要體現(xiàn)為：使用精密夾具定位，應(yīng)用在機(jī)測(cè)量等先進(jìn)技術(shù)，自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)原點(diǎn)賦值以及盡量自動(dòng)避免人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)化連續(xù)加工，保證工件一致性良好及質(zhì)量穩(wěn)定。

在機(jī)檢測(cè)主要是指在數(shù)控機(jī)床上，應(yīng)用工件測(cè)頭等功能部件，配合廠商提供的測(cè)量循環(huán)程序，自動(dòng)測(cè)量工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)并自動(dòng)賦值，能夠自動(dòng)測(cè)量平面、傾角、圓孔、凸臺(tái)及凹槽等形狀的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并輸出保存在系統(tǒng)變量里面，便于操作工進(jìn)行加工。能夠擴(kuò)展機(jī)床功能，大幅降低工件加工的輔助時(shí)間。目前比較知名的測(cè)頭生產(chǎn)廠商有：英國(guó)雷尼紹公司、海克斯康測(cè)量技術(shù)有限公司以及哈爾濱先鋒機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司。本文以英國(guó)雷尼紹公司的RMP60工件測(cè)頭為例，闡述在機(jī)檢測(cè)技術(shù)的功能及應(yīng)用情況。

1. RMP60工件測(cè)量軟件的功能分類(lèi)

雷尼紹RMP60工件測(cè)頭的軟件按功能分類(lèi)，主要有三種類(lèi)型：自動(dòng)測(cè)量功能、手動(dòng)測(cè)量功能和對(duì)話式測(cè)量功能。以日本OKUMA公司的OSP-P300MA數(shù)控系統(tǒng)為例，自動(dòng)測(cè)量功能指通過(guò)執(zhí)行子程序，自動(dòng)測(cè)量工件尺寸。用脈沖手輪將主軸及測(cè)頭移動(dòng)到子程序設(shè)定的起始位置，例如要測(cè)量一個(gè)孔的圓心坐標(biāo)，先使用G15H1的指令選擇坐標(biāo)系，再使用脈沖手輪將主軸及測(cè)頭移動(dòng)到孔的大致圓心位置，然后將測(cè)頭移動(dòng)至孔的上端面以下10mm的位置，最后切換到AUTO模式，執(zhí)行以下程序：

ON7

MSG (VC2=內(nèi)圓的大概直徑)

M00

CALL OO16

G92X0Y0

CALL OO10 PMOD=7 PDI=VC2 PUDT=20 POVT=20

CALL OO20 PHN=VACOD PX=0 PY=0

CALL OO17

RTS

程序執(zhí)行過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)提示輸入VC2的值，即要測(cè)量的孔的大概直徑，程序執(zhí)行結(jié)束后，雷尼紹RMP60測(cè)量出的圓心坐標(biāo)會(huì)自動(dòng)保存在1號(hào)工件坐標(biāo)系中。

手動(dòng)測(cè)量功能指的是在JOG手動(dòng)模式下，選擇工件測(cè)量的類(lèi)型，如圖1所示，用脈沖手輪移動(dòng)測(cè)頭，使其碰觸工件邊緣，等待測(cè)頭的紅色指示燈亮起后，系統(tǒng)會(huì)提示保存相關(guān)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，最后按“工件測(cè)量”按鈕，就能輸出相關(guān)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

對(duì)話式測(cè)量功能指的是在數(shù)控系統(tǒng)中選擇測(cè)量項(xiàng)目，例如平面測(cè)量、內(nèi)孔測(cè)量、凸臺(tái)測(cè)量及凹槽測(cè)量等，然后在數(shù)控系統(tǒng)操作屏幕上的對(duì)話框中輸入各項(xiàng)測(cè)量參數(shù)，如圖2所示，指定孔的直徑、平面位置等內(nèi)容，在JOG模式下，啟動(dòng)測(cè)量循環(huán)，就能完成測(cè)量。

測(cè)量完畢后，系統(tǒng)會(huì)將測(cè)量好的數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)系統(tǒng)變量里面。以測(cè)量孔的圓心為例，測(cè)量程序執(zhí)行完畢后，圓心的坐標(biāo)會(huì)被自動(dòng)寫(xiě)進(jìn)工件工作系，如圖3、圖4所示。

圖1 OSP-P300MA數(shù)控系統(tǒng)中RMP60測(cè)頭的測(cè)量項(xiàng)目選擇界面（手動(dòng)）

圖2 SIEMENS 840DSL數(shù)控系統(tǒng)中RMP60測(cè)量項(xiàng)目選擇界面

圖3 SIEMENS 840DSL數(shù)控系統(tǒng)中RMP60圓孔中心測(cè)量界面

圖4 執(zhí)行測(cè)量程序前手輪脈沖搖側(cè)針的位置

2. RMP60工件測(cè)頭的安裝

先將RMP60的測(cè)針裝到測(cè)頭上，用千分表頂住測(cè)針頂部的紅寶石，先擰緊圖5中序②所示的四顆螺釘，僅需螺釘與測(cè)針剛能接觸即可，保證測(cè)針的跳動(dòng)范圍為±10μm，然后將序①所示的兩顆螺釘擰緊，這里需要注意的是，如果第一步就將序①螺釘擰緊，則后續(xù)測(cè)針就沒(méi)有調(diào)節(jié)量了，因此順序不能顛倒，最后再次調(diào)節(jié)序②所示的四顆螺釘，保證測(cè)針頂部的跳動(dòng)在5μm以?xún)?nèi)。

圖5 雷尼紹測(cè)針調(diào)節(jié)示意

還有另外一種調(diào)測(cè)針偏心量的方法，即用對(duì)刀儀來(lái)調(diào)整測(cè)針的偏心量。以Zoller Smile620對(duì)刀儀為例，先將測(cè)頭及刀柄安裝到對(duì)刀儀主軸上，如圖6所示，然后關(guān)閉對(duì)刀儀的“自動(dòng)聚焦”功能，測(cè)量模式選擇“M C—測(cè)量”，輪廓上的切削刃選擇“4”，切削刃形狀選擇“38”，這樣對(duì)刀儀就能在0°、90°、180°和270°四個(gè)方向進(jìn)行偏心量測(cè)量，測(cè)量完畢后，將對(duì)刀儀的“測(cè)量”模式更改為“預(yù)調(diào)”模式，直徑設(shè)為6mm，這樣對(duì)刀儀每自動(dòng)旋轉(zhuǎn)90°，就會(huì)暫停，用扳手調(diào)整四顆螺釘后，點(diǎn)擊OK鍵，直至四顆螺釘全部調(diào)節(jié)完畢，圖7所示是調(diào)整后的測(cè)針在四個(gè)方向的偏心量，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.003mm，能夠滿足要求。

圖6 Zoller Smile620半自動(dòng)式對(duì)刀儀

安裝好雷尼紹測(cè)針后，需要進(jìn)行RMP60測(cè)頭的接線及匹配，這里需要注意，如果是西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床廠家接線方式不同，會(huì)造成測(cè)量程序的跳轉(zhuǎn)代碼不同，可以查看NC/PLC變量DB10.DBB107，如圖8所示：如果該數(shù)值的右側(cè)第一位數(shù)值為1，則跳轉(zhuǎn)代碼為MEAS=1；如果該數(shù)值的右側(cè)第二位數(shù)值為1，則跳轉(zhuǎn)代碼為MEAS=2，部分設(shè)備例如對(duì)置式雙面對(duì)鏜加工中心采用雙通道數(shù)控系統(tǒng)，主機(jī)的MEAS=1，但副機(jī)的MEAS=2，這就可以將兩側(cè)主機(jī)及副機(jī)DB10.DBB107的值，放在變量R299之中，再修改主機(jī)的參數(shù)R299=1，副機(jī)的參數(shù)R299=2，另外還需要修改雷尼紹公司的參數(shù)設(shè)置程序L9724，設(shè)置RENP[7]=R299，這樣就能在雙通道的對(duì)鏜主機(jī)及副機(jī)上使用同一套測(cè)量程序。

圖7 使用對(duì)刀儀調(diào)節(jié)好的測(cè)頭偏心量

圖8 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)相關(guān)變量

3. 工件測(cè)頭的啟動(dòng)及關(guān)閉

雷尼紹RMP60工件測(cè)頭在匹配成功后，就能啟動(dòng)測(cè)頭，一般都采用“無(wú)線電開(kāi)啟”的方式啟動(dòng)測(cè)頭，啟動(dòng)測(cè)頭的本質(zhì)就是給測(cè)頭送電，其執(zhí)行M代碼是由機(jī)床廠家自定義的，雷尼紹公司也提供了測(cè)頭的啟動(dòng)程序L9832，首次應(yīng)用這個(gè)L9832程序前，要將機(jī)床廠家的測(cè)頭開(kāi)啟M代碼嵌入L9832中，代碼嵌入的位置如以下程序所示的ADD M/C START CODE HERE的位置。

%_N_L9832_SPF

$PATH=/_N_SPF_DIR

PROC L9832 SAVE DISPLOF

DEF REAL_REN[8]

STOPRE

R33=1

L9724

ADD M/C START CODE HERE

_REN[0]=0

M5

同理，雷尼紹的測(cè)頭關(guān)閉代碼L9833在首次使用前，也需要嵌入機(jī)床廠家的測(cè)頭關(guān)閉M代碼。

4. 工件測(cè)頭的標(biāo)定

雷尼紹公司在銷(xiāo)售RMP60測(cè)頭時(shí)，軟件及硬件是單獨(dú)銷(xiāo)售的，一些比較有實(shí)力的機(jī)床廠家往往只購(gòu)買(mǎi)雷尼紹公司的測(cè)頭硬件，自己設(shè)計(jì)標(biāo)定及測(cè)量程序，同時(shí)德國(guó)SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)制造商也開(kāi)發(fā)了相關(guān)的測(cè)量循環(huán)，這樣用戶(hù)就有多種選擇，購(gòu)買(mǎi)機(jī)床時(shí)，可以指定測(cè)量循環(huán)的制造商，例如筆者公司使用的意大利COLGAR對(duì)鏜就是直接購(gòu)買(mǎi)SIEMENS公司的測(cè)量程序，標(biāo)定程序是CYCLE976，另外一臺(tái)OKUMA五面體加工中心則是OKUMA公司自己設(shè)計(jì)的標(biāo)定程序OO16。

雷尼紹RMP60測(cè)頭在使用之前要進(jìn)行標(biāo)定（校準(zhǔn)），如圖9所示，標(biāo)定的目的是測(cè)量RMP60測(cè)頭的長(zhǎng)度、半徑誤差及其在X軸、Y軸方向的偏心量。雷尼紹公司一共提供了4個(gè)標(biāo)定程序：L9801長(zhǎng)度標(biāo)定、L9802偏心標(biāo)定、L9803半徑標(biāo)定和L9804測(cè)球矢量半徑值標(biāo)定。

圖9 工件測(cè)頭校準(zhǔn)

雷尼紹公司提供了工件標(biāo)定的子程序，但還需機(jī)床廠商或用戶(hù)編制標(biāo)定主程序，不同廠商編制的主程序差異較大，這里值得注意的是，測(cè)量測(cè)針在XY方向的偏心量時(shí)，機(jī)床最好具有主軸定位準(zhǔn)停的功能，一般配置SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床都有該功能。一般主軸要在SPOS=0及SPOS=180的位置分別測(cè)量并取平均值，這樣才能得到較準(zhǔn)確的數(shù)值，如以下程序所示：

T1 M6

D1

G0 G90 G54

M35

G4F1

SPOS=0

G90G00X0Y0

L9800

R26=-5 R9=3000

L9810

L9800

R7=40

L9814

R100=RENC[40]

R101=RENC[41]

SPOS=180

L9800

R7=40

L9814

R100=(R100+RENC[40])/2

R101=(R101+RENC[41])/2

R24=R100 R25=R101 R9=500

上述程序就是在主軸SPOS=0及SPOS=180的位置分別測(cè)量并取平均值，并將該數(shù)值賦值放在R100及R101參數(shù)中。該方法考慮測(cè)針偏心量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量的結(jié)果比較準(zhǔn)確。

5. 結(jié)語(yǔ)

企業(yè)只有提高制造過(guò)程的智能水平，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低人工成本。機(jī)床廠商只有不斷擴(kuò)展機(jī)床功能，分析用戶(hù)操作的實(shí)際需求，研究各種在機(jī)測(cè)量方法，并簡(jiǎn)化測(cè)量操作步驟，才能取得長(zhǎng)足的發(fā)展。

2019年1―11月我國(guó)制造業(yè)投資增長(zhǎng)2.5%

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年1―11月，工業(yè)投資同比增長(zhǎng)3.7%，增速比1―10月加快0.2個(gè)百分點(diǎn)。其中，采礦業(yè)投資增長(zhǎng)25.3%，增速加快0.2個(gè)百分點(diǎn)；制造業(yè)投資增長(zhǎng)2.5%，增速回落0.1個(gè)百分點(diǎn)；電力、熱力、燃?xì)饧八a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)投資增長(zhǎng)3.6%，增速加快1.7個(gè)百分點(diǎn)。

工業(yè)技術(shù)改造投資增長(zhǎng)穩(wěn)健。2019年1―11月，工業(yè)技改投資增長(zhǎng)8.7%，增速高于全部工業(yè)投資5.0個(gè)百分點(diǎn)，成為拉動(dòng)工業(yè)投資增長(zhǎng)的重要因素。

2019年1―11月，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)投資同比增長(zhǎng)14.1%，增速高于全部投資8.9個(gè)百分點(diǎn)。

高技術(shù)制造業(yè)投資增長(zhǎng)14.8%，增速比1―10月加快0.3個(gè)百分點(diǎn)，加快運(yùn)行的態(tài)勢(shì)已持續(xù)6個(gè)月。其中，醫(yī)療儀器設(shè)備及儀器儀表制造業(yè)投資增長(zhǎng)24.9%，電子及通信設(shè)備制造業(yè)投資增長(zhǎng)16.5%，計(jì)算機(jī)及辦公設(shè)備制造業(yè)投資增長(zhǎng)14.2%，醫(yī)藥制造業(yè)投資增長(zhǎng)7.8%。

高技術(shù)服務(wù)業(yè)投資增長(zhǎng)13.1%，增速高于全部服務(wù)業(yè)投資6.4個(gè)百分點(diǎn)。其中，研發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)投資增長(zhǎng)31.0%，檢驗(yàn)檢測(cè)服務(wù)業(yè)投資增長(zhǎng)29.7%，電子商務(wù)服務(wù)業(yè)投資增長(zhǎng)28.8%。