數控車床在線檢測及偏差自動補償的實現方法

2022-03-21 08:16:44吳義榮

金屬加工(冷加工) 2022年3期

吳義榮

中山邁雷特數控技術有限公司廣東中山 528437

1 序言

隨著工業機器人、自動化技術的發展，數控機床單機、多機自動化生產線的實現已不再是技術難題。但若要真正實現數控機床自動化無人值守加工，必須解決加工過程的在線檢測及偏差自動補償問題。否則，在出現刀具磨損、機床“跑尺寸”等意外時，將可能導致大批零件尺寸出現偏差甚至報廢[1-3]。本文以某客戶軸套孔加工在線檢測及自動補償的實現過程為例，介紹一種數控車床的在線檢測及偏差自動補償的實現方法。

2 相關產品簡介

本文介紹的數控車床在線檢測及偏差自動補償的方法，是基于車床數控系統TPK980Ta（見圖1）及IRP60紅外測量儀（見圖2）而實現的。

圖1 TPK980Ta

圖2 IRP紅外測量儀

TPK980Ta是拓普康自控公司研制的一款車床數控系統，最多可控制5個軸，最小分辨率0.1μm，內置式PLC，支持車銑復合加工。其支持宏程序功能，系統的模態、坐標和刀補數據都可以通過宏變量形式供用戶讀/寫。另外，該款系統還具備界面組態功能，用戶可以根據應用需求自定義專用界面。

IRP紅外測量儀是海克斯康的一款幾何尺寸測量儀器，能夠測量工件邊緣、孔、槽、平臺、角度、拐角和圓弧等幾何形狀。其由IRP60.00紅外線測頭和IRR61.00紅外線接收器組成，紅外接收器接收來自紅外線測頭的測量信號，并且負責啟動/關閉測量系統，控制整個測量系統與數控系統的通信。

3 方案設計及實現

某公司承接了一批軸套類零件的加工業務，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械手替代人工進行上下料的方案，可實現數控機床單機自動化加工。但在自動化加工過程中，由于沒有人員參與檢測，一旦零件的關鍵尺寸出現偏差，后果將可能是零件的批量報廢。因此，必須解決自動化加工中的檢測及偏差自動修正問題。

針對客戶需求，筆者提出了加工過程在線檢測及偏差自動補償的方案。該方案主要包含：①設計專用梯形圖（PLC），實現對測量系統的打開/關閉、電池電量低等異常情況的處理。②設計專用宏程序，實現在線測量及偏差自動補償。③設計專用界面，方便操作人員設置，以應對不同尺寸規格的零件，并可直觀顯示自動測試的結果。

3.1 梯形圖的改進設計

梯形圖的改進設計主要是增加控制指令（M代碼）實現對測量系統的打開/關閉，以及當測頭出現電池電量不足等情況時向數控系統發出警告提示。由于梯形圖控制較為簡單，所以本文不做詳述。

3.2 宏程序的設計

設計思路是將測量儀探頭當作一把特殊的刀具，在本文案例中，刀具號為8，刀具偏置號為32。為實現在線測量及偏差補償，設計了兩個宏程序，一個完成測量儀的自動校準，另一個完成零件內孔尺寸的在線測量及自動補償。

（1）測量儀自動校準自動校準過程是通過測量儀對主軸上夾持的標準件進行檢測，進而對探頭中心相對主軸軸心X向的偏差進行自動校準設置。同時，通過對標準件的測量，可以判斷探頭與主軸軸心是否等高。為保證測量數據的準確性，在Z向不同位置分別測量，共測量3次，根據測量結果判斷數據是否有效，當數據有效時，以3次測量的平均值作為偏差補償值進行自動補償。測量儀自動校準處理流程如圖3所示，測量儀自動校準程序包括模態數據保存、標準件測量、恢復模態數據、探頭偏差自動校正和異常處理5個模塊。

圖3 測量儀自動校準處理流程

1）模態數據保存模塊程序代碼及功能注釋如下。

2）標準件測量模塊程序代碼及功能注釋如下。

4）探頭偏差自動校正程序代碼及功能注釋如下。

（2）在線測量及偏差補償在零件內孔Z向的不同位置進行3次測量，如果3次測量中有2次或2次以上的測量數據都在公差范圍內，則判定此零件合格；如果有2次或2次以上的測量數據不在公差范圍內，則進行出錯提示并要求手動確認零件是否合格；同時，將3次測量數據的偏差平均值作為加工內孔刀具的補償值，自動修正該刀具的偏置值。在線測量及偏差自動補償處理流程如圖4所示，其程序包括尺寸檢測、測試不合格處理以及偏差自動補償等模塊。