宏程序在加工中心在線(xiàn)測(cè)量中的應(yīng)用 - 加工中心
宏程序在加工中心在線(xiàn)測(cè)量中的應(yīng)用 加工中心在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)是構(gòu)成精工機(jī)床質(zhì)量保證體系的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前可以利用在加工中心上直接配備觸發(fā)式測(cè)頭進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，它將加工和檢測(cè)集成在一起，減少了測(cè)量時(shí)間，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)部分三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量功能。但是利用這種方法測(cè)量零件，其檢測(cè)程序的編制往往比較繁瑣、易錯(cuò)、無(wú)通用性。將精工宏程序引入到在線(xiàn)檢測(cè)中，用戶(hù)可以自行開(kāi)發(fā)出一些宏程序庫(kù)，并通過(guò)對(duì)宏程序賦值調(diào)用的方法，生成所需要的實(shí)際測(cè)量程序，控制加工中心自動(dòng)完成測(cè)量任務(wù)。尤其對(duì)于復(fù)雜零件，可以極大地減少編程量，提高測(cè)量效率和準(zhǔn)確性。１ 檢測(cè)對(duì)象 加工中心在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)對(duì)象為在加工中心上進(jìn)行加工的零件。加工中心一般適宜加工比較復(fù)雜、工序多、要求高的零件。實(shí)際上這些復(fù)雜的零件大多是由幾種基本體組合而成的，也就是常說(shuō)的組合體。我們可以將一個(gè)復(fù)雜零件按照不同特征分解為不同的基本體，分別對(duì)這些基本體進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得組合體的測(cè)量數(shù)據(jù)。例如在檢測(cè)兩孔中心距的過(guò)程中，可通過(guò)兩次調(diào)用測(cè)量圓孔的宏程序得出兩孔的中心坐標(biāo)，再計(jì)算出兩圓孔中心距。 基本體的測(cè)量包括常見(jiàn)的點(diǎn)、線(xiàn)、面、圓孔、圓柱、圓錐，凸臺(tái)類(lèi)、凹槽類(lèi)、球、橢圓等等?？蓪?duì)這些基本體分別開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的測(cè)量宏程序組成宏程序庫(kù)，對(duì)于使用較多的形體還可以隨時(shí)加入到庫(kù)中，不斷完善和豐富用戶(hù)宏程序庫(kù)。２ 檢測(cè)路徑的規(guī)劃 加工中心在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)是一種通過(guò)采樣來(lái)進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，對(duì)于采到的點(diǎn)可以肯定地判斷是否在公差允許的范圍內(nèi)，對(duì)于未采到的點(diǎn)卻不能。這樣一來(lái)，雖然采到的點(diǎn)全部在公差允許的范圍內(nèi)，但據(jù)此并不能保證未采到的點(diǎn)也在公差范圍內(nèi)。而且采樣點(diǎn)的數(shù)量及分布的不同往往會(huì)有不同的測(cè)量結(jié)果。通常情況下，采用增加測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)的方法來(lái)提高測(cè)量精度，但測(cè)量點(diǎn)數(shù)的增加會(huì)使測(cè)量效率大大降低。如何協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系是在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容。對(duì)測(cè)量點(diǎn)的選擇原則是：首先要滿(mǎn)足檢測(cè)精度的要求；其次要盡量提高測(cè)量效率。在生成檢測(cè) 路徑時(shí)，盡可能使測(cè)量路徑最短。例如圓孔的測(cè)量可采用４點(diǎn)測(cè)量方法，先沿ｙ向進(jìn)行圓心找正，然后沿ｘ 向測(cè)量，再沿ｙ向測(cè)量。其測(cè)量路徑軌跡如圖１所示。 在進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)的路徑規(guī)劃時(shí)，首先要對(duì)零件所有特征的可測(cè)性進(jìn)行檢查，然后按照可測(cè)性將零件的特征進(jìn)行分組。對(duì)基準(zhǔn)特征的檢測(cè)必須在以其為基準(zhǔn)的其它特征檢測(cè)之前進(jìn)行，因此零件初次裝夾之后，有關(guān)的基準(zhǔn)特征應(yīng)該是可測(cè)的。３宏程序庫(kù)的建立３．１ 引入宏程序的意義 在實(shí)際應(yīng)用中，通常希望表示某一類(lèi)零件的形狀和尺寸的程序指令是一個(gè)變量而不是一個(gè)確定值，針對(duì)這一類(lèi)零件，可以通過(guò)賦值的方法獲得它的實(shí)際尺寸，我們把這類(lèi)程序稱(chēng)為宏程序體，簡(jiǎn)稱(chēng)宏程序。由此可以看出，精工語(yǔ)言的編制規(guī)則及指令形式雖與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言不同，但使用方法是一致的。其中的宏程序就相當(dāng)于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的子程序，只有調(diào)用賦值時(shí)才能運(yùn)行。因此在測(cè)量過(guò)程中可以利用宏程序的這一特點(diǎn)編制測(cè)量宏程序庫(kù)，通過(guò)調(diào)用賦值自動(dòng)生成測(cè)量程序。圖２為宏程序的調(diào)用示意圖。 摘要： 分析了宏程序編制的基本原則，開(kāi)發(fā)出了多種基本體和組合體的測(cè)量宏程序庫(kù)。通過(guò)對(duì)宏程序的調(diào)用賦值，可以自動(dòng)完成各種復(fù)雜零件的測(cè)量任務(wù)，提高了測(cè)量效率。 兩圓孔中心距的測(cè)量主程序表 主程序 ％Ｏ７４０１； Ｇ５４Ｇ９０Ｇ００Ｘ０Ｙ０Ｚ０；Ｇ６５Ｐ７４００Ｂ５．Ｃ５００．Ｆ５０．Ｓ５．Ｔ２．Ａ５０．Ｄ７０．；＃１４＝＃１２０；＃１５＝＃１２１； Ｇ６５Ｐ７４００Ｂ５．Ｃ５００．Ｆ５０．Ｓ５．Ｔ２．Ａ１００．Ｄ４５．； ＃４＝ＳＱＲ（（＃１４－＃１２０）＊（＃１４－＃１２０）＋（＃１５－＃１２１）＊（＃１５－＃１２１））；ＰＯＰＥＮ；ＤＰＲＮＴ［Ａ＃４［３５］］；ＰＣＬＯＳ；Ｍ３０；％ 說(shuō)明 程序開(kāi)始標(biāo)志 程序號(hào) 工件坐標(biāo)系設(shè)定調(diào)用測(cè)量圓孔１的宏程序 取出圓孔中心坐標(biāo)Ｘ值取出圓孔中心坐標(biāo)Ｙ值調(diào)用測(cè)量圓孔２的宏程序 計(jì)算兩孔中心距打開(kāi)通訊口輸出兩孔中心距值關(guān)閉通訊口程序結(jié)束程序結(jié)束標(biāo)志３．２用戶(hù)宏程序基本檢測(cè)指令 Ｇ３１是在線(xiàn)檢測(cè)程序中最常用的基本檢測(cè)指令，它 是精工系統(tǒng)自定義的帶有續(xù)效性的跳步指令。指令工作原理是：當(dāng)測(cè)頭碰觸工件表面時(shí)，接觸信號(hào)發(fā)生，控制系統(tǒng)接收此信號(hào)并同時(shí)將ｘ、ｙ、ｚ坐標(biāo)值儲(chǔ)存起來(lái)并保持不變，僅當(dāng)下一個(gè)跳越信號(hào)發(fā)出后才能改變，然后立即停止執(zhí)行該程序段的剩余部分，轉(zhuǎn)向下一個(gè)程序段。Ｇ９２是工件坐標(biāo)系設(shè)定指令，工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)就是程序的原點(diǎn)（或編程零點(diǎn)）。這是一個(gè)非運(yùn)動(dòng)指令，設(shè)定工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。Ｍ０２為程序結(jié)束指令，它的功能是在完成程序段的所有指令后，使主軸進(jìn)給等停止。外部輸出指令是加工中心在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)與外部處理器進(jìn)行通訊的重要指令，它包括開(kāi)通指令ＰＯＰＥＮ；關(guān)閉指令ＰＣＬＯＳ；數(shù)據(jù)輸出指令ＢＰＲＮＴ和ＤＰＲＮＴ。３．３ 用戶(hù)宏程序中變量的種類(lèi) 變量可分為局部變量、公用變量和系統(tǒng)變量三類(lèi)，各類(lèi)變量的用途和性質(zhì)是不同的。局部變量＃１￣＃３３，它是在一個(gè)宏程序中局部使用的變量，用于自變量的轉(zhuǎn)換。公用變量＃１００￣＃１４９和＃５００￣＃５０９，它對(duì)于由主程序調(diào)用的各宏程序是公用的，斷電將清除＃１００￣＃１４９的公用變量，而＃５００￣＃５０９的公用變量卻不被清除，具有斷電保護(hù)功能。系統(tǒng)變量有明確的使用規(guī)定，用戶(hù)不能隨意使用。３．４ 用戶(hù)宏程序開(kāi)發(fā)的原則 每個(gè)宏程序開(kāi)發(fā)過(guò)程都不是孤立的。為了形成一個(gè)功能強(qiáng)大的檢測(cè)系統(tǒng)，宏程序的開(kāi)發(fā)就必須遵循某些共同約定，以形成一套完整的宏程序功能體系。因此，針對(duì)完成某一種測(cè)量功能的宏程序的開(kāi)發(fā)，編程者往往要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： （１）由于精工系統(tǒng)不同，宏程序變量和精工指令也不盡相同。為了得到一個(gè)通用的宏程序體系，編程者要對(duì)各種系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的比較和分析。 （２）機(jī)床類(lèi)型與測(cè)頭類(lèi)型也會(huì)影響宏程序的編制。由于機(jī)床和測(cè)頭類(lèi)型的不同組合可使不可測(cè)面與可測(cè)面相互轉(zhuǎn)化。比如：三軸立式加工中心上，若工件位置不動(dòng)，單向測(cè)頭無(wú)法測(cè)垂直于Ｚ軸的孔，而對(duì)垂直分布式測(cè)頭來(lái)說(shuō)則成為可能。 （３） 要明確測(cè)量對(duì)象屬序前測(cè)量還是屬序中或序后測(cè)量。序前測(cè)量時(shí)不知被測(cè)零件的位置坐標(biāo)，需手動(dòng)導(dǎo)引測(cè)頭進(jìn)入測(cè)量區(qū)；而序中或序后測(cè)量由于有準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)，可通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。 （４）根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象，選定與之相匹配的測(cè)量方法，規(guī)劃最優(yōu)檢測(cè)路徑。 （５）所用公用變量是否與整個(gè)宏程序系統(tǒng)相統(tǒng)一。若＃５００～＃５０４用來(lái)保存特定信息或其它重要參數(shù)，就不能用它來(lái)保存坐標(biāo)值。即對(duì)于一個(gè)完整的宏程序系統(tǒng)，其公用變量的使用尤其是保持型公用變量的使用都要遵循最初的設(shè)計(jì)和安排。做到這一點(diǎn)可保證子程序間無(wú)誤地傳遞數(shù)據(jù)。 （６）由于局部變量擔(dān)負(fù)著調(diào)用子程序時(shí)參數(shù)傳遞的 任務(wù)，因此對(duì)于局部變量的使用也要注意進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)劃，保證所有參數(shù)含義的一致，例如宏程序都使用Ｃ傳遞接觸速度，Ｓ傳遞測(cè)球直徑等。３．５用戶(hù)宏程序開(kāi)發(fā)舉例 下面以測(cè)量?jī)蓚€(gè)圓孔中心距為例來(lái)說(shuō)明宏程序在加工中心在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，兩圓孔直徑分別為５０ｍｍ和１００ｍｍ。測(cè)量設(shè)備為ＦＡＮＵＣ６Ｍ精工系統(tǒng)、ＭＡＫＩＮＯ立式加工中心、ＲＥＮＩＳＨＡＷＭＰ３型測(cè)頭。在線(xiàn)檢測(cè)軟件界面如圖３所示。 在檢測(cè)之前先確定機(jī)床類(lèi)型、測(cè)頭種類(lèi)及精工系統(tǒng)類(lèi)型，然后設(shè)定測(cè)量參數(shù)，像測(cè)球直徑、后退距離、測(cè)量重復(fù)次數(shù)等。調(diào)用測(cè)量圓孔的宏程序，根據(jù)第一個(gè)孔的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行賦值，生成第一個(gè)孔的測(cè)量程序，并在程序編輯區(qū)顯示出來(lái)，再次調(diào)用圓孔的測(cè)量宏程序，重復(fù)上一步驟，顯示出第二個(gè)孔的實(shí)際測(cè)量程序，然后再對(duì)檢測(cè)程序作進(jìn)一步的編輯，最終生成兩孔中心距的檢測(cè)程序。經(jīng)編輯后的測(cè)量?jī)煽字行木嗟臏y(cè)量主程序?yàn)橄卤硭?。最后將生成的測(cè)量程序通過(guò)串行通訊接口傳輸給加工中心進(jìn)行檢測(cè)。