MAPOSS測(cè)量頭探針安裝及精度控制方法

孫海峰 夏煥金 朱曉明

摘? 要：測(cè)量頭的安裝、標(biāo)定及其自身的精度都會(huì)對(duì)產(chǎn)品尺寸造成影響，操作人員又難以操作，本文從測(cè)量頭線下安裝、校調(diào)，線上標(biāo)定等方面進(jìn)行分析和說(shuō)明，有利于操作人員快速掌握MAPOSS測(cè)量頭的安裝及精度的控制方法。

關(guān)鍵詞：測(cè)量頭;探針;在線測(cè)量;補(bǔ)償

1在線測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)

在生產(chǎn)進(jìn)程中進(jìn)行測(cè)量確實(shí)可以為生產(chǎn)帶來(lái)一些好處，從而使得該測(cè)量方法成為了進(jìn)行復(fù)雜機(jī)加工工作的設(shè)備的一項(xiàng)必不可少的特征。生產(chǎn)進(jìn)程中的工件測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)：

1）如果有可能要進(jìn)行測(cè)量切削加工，則第一個(gè)工件必須滿足規(guī)定的要求，即使使用新刀具也是如此;

2）沒(méi)有必要將工件松開(kāi)（這樣對(duì)于大重量工件來(lái)說(shuō)，可以減少許多麻煩）;

3）可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作;

4）通過(guò)確定工件的特征（例如鉆孔，溝槽或凸輪的特征），可以為后續(xù)的夾緊操作提供指導(dǎo);因此就可以節(jié)省生產(chǎn)成本、和減少了對(duì)高度復(fù)雜的夾緊裝置的使用;

5）可實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具磨損的補(bǔ)償，可獲得最佳的機(jī)加工精度。

6）車(chē)銑加工中心設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)床頭箱或車(chē)-鏜-銑單元的熱補(bǔ)償，使車(chē)加工面和銑加工面之間的容許誤差可達(dá)到非常小;

2.MAPOSS測(cè)量頭的結(jié)構(gòu)

MAPOSS測(cè)量頭主要由測(cè)量體、探針及刀柄組成，如圖1所示，其中測(cè)量測(cè)量體與刀柄是通過(guò)拉針粗定位，四個(gè)可調(diào)節(jié)螺釘進(jìn)行精定位和夾緊的，探針和測(cè)量體是通過(guò)螺紋聯(lián)接的。

3.MAPOSS測(cè)量頭的校調(diào)

測(cè)量頭精度的校調(diào)主要是要利用高精度對(duì)刀儀，調(diào)節(jié)4個(gè)方向的可調(diào)螺釘來(lái)調(diào)節(jié)。安裝探針的6mm的球頭回轉(zhuǎn)精度必須在對(duì)刀儀上進(jìn)行檢測(cè)，技術(shù)要求是調(diào)整刀柄上四個(gè)支緊螺絲，要求其回轉(zhuǎn)精度不得大于0.005mm，同時(shí)檢測(cè)刃口的選擇必須是球心，第一次調(diào)好后，測(cè)量頭從對(duì)刀儀的主軸拆卸后再安裝，保證重復(fù)精度好。探針頭直徑誤差為0.001mm，測(cè)量頭在WFL車(chē)銑加工中心西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)中刀具參數(shù)輸入時(shí)刀具類(lèi)型為710。

4.MAPOSS測(cè)量頭的標(biāo)定

當(dāng)測(cè)頭剛剛與工件表面接觸時(shí)，它不會(huì)立即產(chǎn)生切換動(dòng)作;反之，在它與工件表面產(chǎn)生實(shí)際接觸之前，它會(huì)略微轉(zhuǎn)向外側(cè)。根據(jù)跟蹤方向的不同，該轉(zhuǎn)動(dòng)距離也會(huì)有所不同;但是，即使經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)的一段時(shí)間后，仍然可以再現(xiàn)該轉(zhuǎn)動(dòng)距離。為了獲得正確的測(cè)量結(jié)果，必須知道正跟蹤方向和負(fù)跟蹤方向（開(kāi)關(guān)滯后）的轉(zhuǎn)動(dòng)距離的和。為了得到該補(bǔ)償值，要用一個(gè)精度已知的內(nèi)徑測(cè)量裝置來(lái)對(duì)一個(gè)標(biāo)定環(huán)進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)測(cè)頭進(jìn)行標(biāo)定。在標(biāo)定前，必須先清洗標(biāo)定環(huán)，為了避免由于溫度因素而引起誤差，標(biāo)定環(huán)必須和機(jī)床底座具有相同的溫度，標(biāo)定環(huán)如圖4所示。 測(cè)量頭標(biāo)定指令為PROBE （AX， DIS， MP， NUM），各參數(shù)含義如下：

AX ：測(cè)量軸的名稱，最多 2 個(gè)字符的字符串

DIS： 測(cè)量距離，增量，實(shí)數(shù)值

MP： 測(cè)量點(diǎn)編號(hào)（0 到 200），整數(shù)

NUM： 進(jìn)行平均值計(jì)算時(shí)的測(cè)量次數(shù)，整數(shù)

測(cè)量頭必須位于待測(cè)量的特征形貌的內(nèi)部。在外部標(biāo)定情況中，測(cè)頭必須在特征形貌的外面。第一次測(cè)軌跡在靠近起始點(diǎn)的表面上進(jìn)行。首先，測(cè)頭以快速橫移的方式定位到第一個(gè)測(cè)軌跡表面，并給測(cè)量球面半徑和安全距離空出適當(dāng)?shù)牧袅?。然后?AX 定義的軸以很快的測(cè)量速度對(duì)工件進(jìn)行測(cè)軌跡。測(cè)軌跡點(diǎn)必須在離開(kāi)起始位置的測(cè)量距離之內(nèi)，這個(gè)測(cè)量距離由兩倍的安全距離定義。在第一次測(cè)軌跡之后，測(cè)量軸稍微回撤，然后以正常的測(cè)量進(jìn)給率重復(fù)執(zhí)行這個(gè)測(cè)軌跡循環(huán)三次。為了保證有充分的重復(fù)性，和第一次測(cè)量結(jié)果相比，單次測(cè)軌跡的結(jié)果必須在+/- 5 毫米的公差范圍之內(nèi)。一旦測(cè)軌跡完成，測(cè)量軸就回到它的初始位置。在外部標(biāo)定情況中，第一次測(cè) 軌跡后面有一個(gè)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)（補(bǔ)償距離 “F”——帶符號(hào)）以確保 第二次測(cè)軌跡的表面能安全到達(dá)。第二次測(cè)量然后以類(lèi)似的方式執(zhí)行。編程給出的實(shí)際值減去兩次測(cè)量值之間的差值，就得到開(kāi)關(guān)滯后，它被輸入到程序給出的標(biāo)定數(shù)據(jù)塊中（1-10）。

對(duì)于 WFL 提供的切換測(cè)頭，在安裝或更換了探測(cè)點(diǎn)，或者如果發(fā)生了碰撞事故，那么至少要對(duì)之進(jìn)行一次重新標(biāo)定。由于在更換刀具時(shí)，測(cè)頭容易受到振動(dòng)，因此要將測(cè)量裝置的調(diào)節(jié)螺釘牢固地?cái)Q緊，這一點(diǎn)也是非常重要的。在正常的工作條件下，切換偏差（其值大約為+/-1um）的可重復(fù)性是很高的，并且不會(huì)改變，也應(yīng)當(dāng)定期重新標(biāo)定測(cè)頭，一般一個(gè)星期標(biāo)定一次。

5.探針標(biāo)定程序及操作步驟

B軸0°標(biāo)定時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)擦干凈利用磁力吸在卡盤(pán)端面上

TLCH1（“PROBE”，0）

M0手動(dòng)把探針球頭移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)內(nèi)

PRCALIB（2，0.01“Z1”，“Y1”）

M0? ?重復(fù)標(biāo)定直到機(jī)床無(wú)尺寸差別報(bào)警顯示

B軸-90°標(biāo)定時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)擦干凈利用磁力吸在中心架平面上

TLCH1（“PROBE”，-90）B軸9-0°時(shí)

M0手動(dòng)把探針球頭移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)內(nèi)

PRCALIB（1，0.01“X1”，“Y1”）

M0? 重復(fù)標(biāo)定直到機(jī)床無(wú)尺寸差別報(bào)警顯示

6.結(jié)語(yǔ)

機(jī)床測(cè)頭在安裝到CNC加工中心等數(shù)控機(jī)床上后，將會(huì)可以快速地完成工件的在機(jī)床上的檢測(cè)和自動(dòng)設(shè)定偏置補(bǔ)償值，消除加工精度的分散變化。特別是在首件產(chǎn)品加工尺寸和位置的調(diào)試，及批量產(chǎn)品加工中的分中工序上將會(huì)節(jié)省大量的測(cè)量調(diào)試時(shí)間。同時(shí)，還將通過(guò)機(jī)床測(cè)頭的部分功能（如零件精度自動(dòng)補(bǔ)償功能，加工件的深度、寬度、內(nèi)徑、外徑等測(cè)量功能，機(jī)床返程間隙自動(dòng)顯示功能等）進(jìn)一步提升機(jī)床加工的加工精度，實(shí)現(xiàn)了節(jié)省機(jī)床加工大量輔助時(shí)間，減少加工廢品概率的產(chǎn)生。