數(shù)控車床在線檢測(cè)及偏差自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方法

吳義榮

中山邁雷特?cái)?shù)控技術(shù)有限公司 廣東中山 528437

1 序言

隨著工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床單機(jī)、多機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)已不再是技術(shù)難題。但若要真正實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化無人值守加工，必須解決加工過程的在線檢測(cè)及偏差自動(dòng)補(bǔ)償問題。否則，在出現(xiàn)刀具磨損、機(jī)床“跑尺寸”等意外時(shí)，將可能導(dǎo)致大批零件尺寸出現(xiàn)偏差甚至報(bào)廢[1-3]。本文以某客戶軸套孔加工在線檢測(cè)及自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)過程為例，介紹一種數(shù)控車床的在線檢測(cè)及偏差自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。

2 相關(guān)產(chǎn)品簡(jiǎn)介

本文介紹的數(shù)控車床在線檢測(cè)及偏差自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，是基于車床?shù)控系統(tǒng)TPK980Ta（見圖1）及IRP60紅外測(cè)量?jī)x（見圖2）而實(shí)現(xiàn)的。

圖1 TPK980Ta

圖2 IRP紅外測(cè)量?jī)x

TPK980Ta是拓普康自控公司研制的一款車床數(shù)控系統(tǒng)，最多可控制5個(gè)軸，最小分辨率0.1μm，內(nèi)置式PLC，支持車銑復(fù)合加工。其支持宏程序功能，系統(tǒng)的模態(tài)、坐標(biāo)和刀補(bǔ)數(shù)據(jù)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(jù)應(yīng)用需求自定義專用界面。

IRP紅外測(cè)量?jī)x是?？怂箍档囊豢顜缀纬叽鐪y(cè)量?jī)x器，能夠測(cè)量工件邊緣、孔、槽、平臺(tái)、角度、拐角和圓弧等幾何形狀。其由IRP60.00紅外線測(cè)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(cè)頭的測(cè)量信號(hào)，并且負(fù)責(zé)啟動(dòng)/關(guān)閉測(cè)量系統(tǒng)，控制整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)的通信。

3 方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

某公司承接了一批軸套類零件的加工業(yè)務(wù)，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(jī)械手替代人工進(jìn)行上下料的方案，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床單機(jī)自動(dòng)化加工。但在自動(dòng)化加工過程中，由于沒有人員參與檢測(cè)，一旦零件的關(guān)鍵尺寸出現(xiàn)偏差，后果將可能是零件的批量報(bào)廢。因此，必須解決自動(dòng)化加工中的檢測(cè)及偏差自動(dòng)修正問題。

針對(duì)客戶需求，筆者提出了加工過程在線檢測(cè)及偏差自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆桨浮Ｔ摲桨钢饕孩僭O(shè)計(jì)專用梯形圖（PLC），實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的打開/關(guān)閉、電池電量低等異常情況的處理。②設(shè)計(jì)專用宏程序，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量及偏差自動(dòng)補(bǔ)償。③設(shè)計(jì)專用界面，方便操作人員設(shè)置，以應(yīng)對(duì)不同尺寸規(guī)格的零件，并可直觀顯示自動(dòng)測(cè)試的結(jié)果。

3.1 梯形圖的改進(jìn)設(shè)計(jì)

梯形圖的改進(jìn)設(shè)計(jì)主要是增加控制指令（M代碼）實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的打開/關(guān)閉，以及當(dāng)測(cè)頭出現(xiàn)電池電量不足等情況時(shí)向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出警告提示。由于梯形圖控制較為簡(jiǎn)單，所以本文不做詳述。

3.2 宏程序的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思路是將測(cè)量?jī)x探頭當(dāng)作一把特殊的刀具，在本文案例中，刀具號(hào)為8，刀具偏置號(hào)為32。為實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量及偏差補(bǔ)償，設(shè)計(jì)了兩個(gè)宏程序，一個(gè)完成測(cè)量?jī)x的自動(dòng)校準(zhǔn)，另一個(gè)完成零件內(nèi)孔尺寸的在線測(cè)量及自動(dòng)補(bǔ)償。

（1）測(cè)量?jī)x自動(dòng)校準(zhǔn) 自動(dòng)校準(zhǔn)過程是通過測(cè)量?jī)x對(duì)主軸上夾持的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)探頭中心相對(duì)主軸軸心X向的偏差進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)設(shè)置。同時(shí)，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)量，可以判斷探頭與主軸軸心是否等高。為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在Z向不同位置分別測(cè)量，共測(cè)量3次，根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷數(shù)據(jù)是否有效，當(dāng)數(shù)據(jù)有效時(shí)，以3次測(cè)量的平均值作為偏差補(bǔ)償值進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。測(cè)量?jī)x自動(dòng)校準(zhǔn)處理流程如圖3所示，測(cè)量?jī)x自動(dòng)校準(zhǔn)程序包括模態(tài)數(shù)據(jù)保存、標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)量、恢復(fù)模態(tài)數(shù)據(jù)、探頭偏差自動(dòng)校正和異常處理5個(gè)模塊。

圖3 測(cè)量?jī)x自動(dòng)校準(zhǔn)處理流程

1）模態(tài)數(shù)據(jù)保存模塊程序代碼及功能注釋如下。

2）標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)量模塊程序代碼及功能注釋如下。

4）探頭偏差自動(dòng)校正程序代碼及功能注釋如下。

（2）在線測(cè)量及偏差補(bǔ)償 在零件內(nèi)孔Z向的不同位置進(jìn)行3次測(cè)量，如果3次測(cè)量中有2次或2次以上的測(cè)量數(shù)據(jù)都在公差范圍內(nèi)，則判定此零件合格；如果有2次或2次以上的測(cè)量數(shù)據(jù)不在公差范圍內(nèi)，則進(jìn)行出錯(cuò)提示并要求手動(dòng)確認(rèn)零件是否合格；同時(shí)，將3次測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差平均值作為加工內(nèi)孔刀具的補(bǔ)償值，自動(dòng)修正該刀具的偏置值。在線測(cè)量及偏差自動(dòng)補(bǔ)償處理流程如圖4所示，其程序包括尺寸檢測(cè)、測(cè)試不合格處理以及偏差自動(dòng)補(bǔ)償?shù)饶K。

圖4 在線測(cè)量及偏差自動(dòng)補(bǔ)償處理流程

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

2）第一次測(cè)試不合格處理模塊程序代碼及功能注釋如下。

3）測(cè)試不合格處理及偏差自動(dòng)補(bǔ)償模塊程序代碼及功能注釋如下。

3.3 組態(tài)界面的設(shè)計(jì)

組態(tài)界面的主要目的是給操作人員提供方便，在針對(duì)不同尺寸規(guī)格的零件和使用不同規(guī)格的探頭時(shí)，可以快捷、直觀地設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)測(cè)量?jī)x每一次的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示和判定提示。組態(tài)界面基于TPKDesigner軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過USB設(shè)備導(dǎo)入到TPK980Ta數(shù)控系統(tǒng)中。

TPKDesigner軟件啟動(dòng)后的顯示界面如圖5所示，針對(duì)該需求設(shè)計(jì)的組態(tài)界面如圖6所示。組態(tài)界面導(dǎo)入TPK980Ta數(shù)控系統(tǒng)后，實(shí)際加工測(cè)量中顯示的效果如圖7所示。

圖5 TPKDesigner軟件啟動(dòng)后的顯示界面

圖6 使用TPKDesigner設(shè)計(jì)的組態(tài)界面

圖7 組態(tài)界面導(dǎo)入TPK980Ta后實(shí)際顯示效果

4 結(jié)束語

基于本文方案設(shè)計(jì)的數(shù)控車床內(nèi)孔加工在線檢測(cè)、自動(dòng)補(bǔ)償功能，配合外部桁架機(jī)械手自動(dòng)上下料裝置，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床單機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線的無人值守加工，已在用戶現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行了半年，為生產(chǎn)效益提供了保障。