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用於數控車床工件在線測量的編制方法

一、引言
在數控機床上對被加工工件進行在線自動測量是提高數控機床自動化加工水平和保證工件加工精度的有效方法，因此，數控機床工件在線自動測量系統是衡量數控機床技術水平的重要特徵之一，已成為購置數控機床必不可少的基本選件。 採用在線自動測量系統，在加工前可協助操作者進行工件的裝夾找正，自動完成工件坐標系的設定，從而可簡化工裝夾具，節省夾具費用，縮短輔助時間，提高加工效率；在加工中和加工後可自動對工件尺寸進行在線測量，並能根據測量結果自動生成誤差補償數據反饋到數控系統，以保證工件的尺寸精度及批量工件的尺寸一致性；採用機內在線測量還可避免將工件移至測量機測量所帶來的二次誤差，從而可提高加工精度及精度保持性，通過一次切削即可獲得合格產品，大大增強數控機床的智能化程度。
二、測量系統的組成及工作原理
用於數控車床的工件自動測量系統一般均採用觸發式測頭測量系統（如英國Renishaw公司的LP2觸發式測頭測量系統）。 一般可將觸發式測頭假設作為一把刀具安裝在刀架的某一刀位上，用於測量工件尺寸。 當移動刀架，測頭接觸工件時則觸發數控系統記下測頭位置，數控系統通過相應的測量軟件計算出工件尺寸。 在數控車床上，觸發式測量系統可以測量迴轉體零件的外徑、內徑、長度及槽寬等。 觸發式測頭測量系統通常由觸發式測頭、信號傳輸和接收器、聯接CNC系統的控制器接口裝置、坐標位置數據採集、處理和測量誤差補償系統、測量結果自動反饋補償系統等幾部分組成，其工作原理如圖1所示。

圖1數控車床觸發式測量系統工作原理框圖
觸發式測頭為常閉觸點式整體單元測頭，其內部為三組等分串聯觸點觸發機構。 工作時可將測頭作為一把刀具安裝在轉塔刀架的某一刀位上，當移動刀架，測頭接觸到工件時，測桿出現微量偏移，使三等分觸點中的一個或二個觸點脫開，由三個觸點構成的串聯電路出現斷路而在瞬間產生一個階躍信號，此信號通過信號傳輸器用有線（連線）方式或無線（電磁耦合、紅外輻射）方式傳送至控制器接口，控制器接口將觸發時產生的帶有不規則振蕩的信號經整形後傳輸至數控系統，數控系統接到觸發信號後發出中斷信號，機床停止移動並記下此時測頭的位置坐標，數控系統自動將數據送至相應的參數單元，作為變量進行運算處理，此時數控系統通過數據處理軟件和測量誤差處理軟件計算出工件的尺寸，並及時反饋回數控系統進行刀具自動補償或工件坐標調整，以保證工件的加工精度。
三、測量軟件的編制方法
對於數控機床用戶，合理選用或編制適合自己產品測量需要的測量軟件十分重要。 一般來說，觸發式測頭可以從專業生產廠商（如Renishaw公司等）購買，但由於機床採用的數控系統各不相同，因此測量軟件一般由數控系統製造商或數控機床製造商編制和提供。 由於現在的數控系統功能強大，均能提供宏指令系統，故用戶也可根據實際需要自行編制測量程序。 以SINUMERIK 880數控系統為例。 該系統提供給用戶的參數編程和@代碼使用戶可以自行開發編制各種固定循環程序（包括加工與測量循環程序等）。 參數編程可以完成參數的定義、賦值及加、減、乘、除運算，而@代碼則可完成函數運算、參數存取、參數比較、有條件和無條件的程序跳轉、邏輯判斷和布爾運算、系統存儲器數據的輸入、輸出以及程序編輯等多種功能，完全可滿足用戶編制測量固定循環程序的需要。 現對參數編程和@代碼的定義及使用方法作一簡單介紹。
1． 參數編程的定義及基本方法<BR>參數編程（Parameter programming）是用參數R×××作為數據代碼或數據地址代碼進行編程。 參數在編程中充當替代物的角色，由字母R和三位數字組成，R代碼從R0～R999共分兩大類九組，第一大類R0～R499為通道特定R參數，其中R0～R200為基本參數，如：R00～R49為傳遞參數，主要用於編制固定循環和子程序；R50～R99為局部參數，主要用於編制固定循環和子程序計算過程中暫存計算結果；R100～R199為全局參數，主要用於零件程序和子程序的數據存貯；R200～R499主要用於系統內部。 第二大類R900～R999為中心R參數。
參數可以在數控加工程序中直接賦值，如R01=10，也可相互賦值，如R01=R03；參數可以進行算術運算，如R01=R02＋R03，R01=R02－R03，R01=R02*R03，R01= R02/R03。 例如：
N10 R01=9.7 R02=－2.1
N20 X=20.3＋R01
N30 Z=19.7－R01
結果：X=30，Z=10。
2． @代碼的定義及基本用法 @代碼由符號@和三位數字組成，如@×××，其含義為：第一位數為主群組區別碼，第二位數為子群組區分碼，第三位數為定義特定功能。
第一位主群組區別碼共分7組，分別定義為：@0××為程序結構中的通用指令；@1××為程序中的分支指令；@2××為通用數據傳輸指令； @3××為數據傳輸指令，從系統內存到R參數；@4××為數據傳輸指令，從R參數到系統內存；@6××為算術運算和邏輯運算指令；@7××為NC特定指令。
第二位子群組區分碼和第三位特定功能碼在各主群組中有不同的定義，如：@041中的4代表存貯R參數，1代表需存貯的參數區域；@100中的第一個0代表絕對跳轉，後一個0代表無條件跳轉；@111中的第一個1代表有條件跳轉，比較碼為1，最後一個1代表條件為相等。 又如：@440中的4代表將R參數直接置為（寫入）編程坐標值，0為特定功能。
@代碼的功能和作用十分豐富，編程者可根據編程需要靈活選用。
@代碼在編程中，後面需跟操作數，主要有三類：K×××為常數；R×××為R參數；P×××為指針。 如@100K1000表示無條件跳至第1000句，其中正數為向前跳，負數為向後跳。
圖2所示為數控車床自動測量系統測量軟件設計框圖。 對於採用SINUMERIK880數控系統的用戶，可以通過@代碼和參數編程編制出適用的測量程序。