雷尼紹測頭在缸蓋加工中心上的應用分析

夏超國 趙明炯

（湖北工業職業技術學院機電工程系，湖北 十堰442000）

0 引言

康明斯NTA855缸蓋生產線是從日本三菱公司引進的4臺M－1050臥式加工中心，目前該中心主要是對缸蓋的全工序進行加工。其控制采用的是FANUC 16i－MB數控系統，伺服軸包括工作臺左右移動軸（X軸）、主軸箱方向上下移動軸（Y軸）、立柱前后方向的Z軸以及工作臺旋轉夾緊的B軸，采用分布式I／O。每臺設備的刀具容量為40把，在設備上配備了讀取刀柄上BULLUFF ID芯片內刀具相應信息的軟硬件刀具管理系統，可將讀取的信息錄入加工中心刀具管理系統進行刀具管理。

1 雷尼紹測頭對缸蓋的在線診斷

為滿足用戶對加工精度和效率越來越高的要求，很多數控機床上配備雷尼紹（RENISHA W）公司的測頭。雷尼紹的機床測頭按功能可分為工件檢測測頭和刀具檢測測頭；按信號傳輸方式可分為硬線連接式、感應式、光學式和無線電式4種。在缸蓋加工中心OP70上配備有2個雷尼紹光學式測頭，主要是對工件進行在線檢測，一個是用來檢測工件底面的厚度，在刀庫中定義的刀號為T8，另一個是用來檢測工件導管孔的位置度，在刀庫中定義的刀號為T9。

設備在終驗收試切時，當RENISHA W測頭T8對工件底面檢測時，系統發出了3077（LI MIT OVER［－］）底面尺寸偏小的報警信息，設備便運行到安全的第二參考點位置停住。根據3077報警信息的提示，對工件底面厚度進行檢測，發現工件底面厚度超差0.2 mm。正是由于RENISHA W測頭的在線診斷，才防止了一批廢品的產生，保證了缸蓋后工序的精加工精度。以下對RENISHA W測頭的工作過程及其對故障的在線診斷作具體說明。

當設備運行時RENISHA W測頭T9在缸蓋的2個排氣孔和2個進氣孔上選取4點（X軸上取2個點，Y軸上取2個點），調用測量子程序O8817，對一缸和六缸導管孔的位置進行測量，共要測量8個導管孔，將測量的結果取平均值，與理論值進行比較優化，以某一個孔為基準，然后算出另外4個缸的進排氣導管孔的位置，保證導管孔的位置度在3.33～3.73 mm范圍內。當檢測到工件孔的位置度超差時，調用專門的子程序N99進行故障診斷，提示報警信息。這時設備回到安全的第二參考點位置停住，不再進行下一工序的加工。若工件尺寸合格繼續下一道工序的加工。

RENISHA W測頭T8是在工件的底面上選取2點，對工件平面厚度進行測量，調用測量和比較子程序O9106和O9206將測量的結果取平均值與理論值進行比較，根據測量結果偏差來判定工件底面尺寸是否超差，當工件底面厚度超差時，調用二段專門的程序N077和N088進行故障診斷，提示工件底面尺寸偏小和偏大。這時設備回到安全的第二參考點位置停住，不再進行下一工序的加工。這樣通過雷尼紹測頭對零件導管孔和底面的在線檢測，有效地避免了零件加工出廢品。

以下將對檢測缸蓋底面厚度的雷尼紹測頭T8的程序作簡單說明：

N21 T8

／G90 G59 G0B180.M10 M11

IF［＃1007EQ1.］GOTO28（NO.SENSOR）

M43（SENSOR.ON）

M90

G90G59 G0 X52.5 Y－86.5Z－475（POINT－1）

Z－604.8

M98P9106（TOUCHI.SUB）

＃553＝＃118

G4

G90G59 G0 X802.5 Y－86.5Z－604.8（POINT－2）

M98P9106（TOUCHI.SUB）

＃554＝＃118

M98P9206

N28 M22

M44（SENSOR.OFF）

G0Z－475

M91

G91G30P2 G0 Y0.Z0.M19 M366

O9206（T9－TOUCHI SENSON SUB）

＃119＝［＃553＋＃554］

＃560＝＃119／2（－835.0）

＃560＝＃560＋＃562

＃561＝＃560－＃559

M98 P9216（DATA MEMORY＊＃553，＃554，＃560）

IF［＃1015EQ1.］GOTO 033（NO WORK）

IF［＃561 LT－0.2］GOTO 077

IF［＃561 GT－0.2］GOTO 088

（…..ERROR…..）

N77

G91 G30 P2 G0 Z0

＃3000＝77（LI MIT OVER［－］）

M02；

N88

G91 G30 P2 G0 Z0

＃3000＝88（LI MIT OVER［＋］）

M02；

2 刀庫機械手程序的完善

在缸蓋加工中心設備終驗收的過程中，OP30在自動加工時，T15號刀具在返回時被放在了T32號刀杯中（T15號刀具在返回時正常應該被放在T15號刀杯中），此時PMC程序沒有出現報警信息，這是該加工中心刀庫程序一個不完善的地方。當T32號刀具返回時，機械手仍將T32刀具放回了已經有了T15號刀具的T32號刀杯中，導致T32號刀具跟T32號刀杯中的T15號刀具相撞。刀庫也沒有檢測出T32號刀杯中已經有了T15號刀具，設備沒有發出報警信息，這是該加工中心刀庫程序另一不完善的地方。隨后查看了其他3臺加工中心的PMC程序，發現編制的PMC程序是相似的，也存在以上的問題。針對這2個不完善之處，對4臺加工中心的PMC程序做了如下幾個方面的完善：

在ATC動作時，從NC中讀取刀具信息。在讀取主軸、待刀位、舊刀具信息的程序中增加了ATC循環的信號R303.0，在ATC循環時通過R303.0信號的斷開，禁止讀取刀具信息，防止ATC動作時刀庫出現誤動作，程序如圖1所示。

圖1 刀具校正程序

其中 R0897.7、R0897.6、R0897.5、R0897.4分別為刀庫中主軸刀具和待刀位刀具信號，R0897.2 R、0897.1、R0897.0為舊刀具、待刀位刀具、主軸上刀具信號。

除了原程序中檢測刀杯內有無刀具的開關信號外，首先是保證主軸上刀具要返回的刀位為空刀位，同時還在程序中增加了要返回的主軸上刀具刀號異常檢測信號。R855.0為刀庫上舊刀具刀號信息，R856.7為要返回主軸上的刀號異常檢測信號，R855.0的信號串聯在R856.7的程序中，將刀庫中舊刀具信息及主軸上刀具信息均跟C0002中信息進行比較，一旦R856.7發出了刀具刀號異常信號，確認要返回刀庫位置的刀具返回時異常，R856.7的信號串聯在A15.6中，A15.6線圈吸合向系統發出報警信號（A15.6為刀具返回異常報警信號）。

通過對4臺加工中心機械手以上PMC程序的完善，經過反復的實踐檢驗，從2006年2月至今，機械手再也沒有出現此類故障，證明以上PMC程序的完善是成功的。

3 結語

缸蓋加工中心應用FANUC 16i－MB為控制系統，整個缸蓋加工工序在這4臺加工中心上全部完成，在大馬力機加工設備中零件加工質量是最穩定可靠的。刀具管理系統的成功應用實現了刀具信息的系統管理，使數控機床的刀具管理上了一個新臺階，對今后的設備維護及設計具有廣泛而深遠的意義。

［1］FANUC Series 16i－MODEL B參數說明書

［2］龔仲華.數控機床故障診斷與維修500例.北京：機械工業出版社，2004