海德汉测头循环功能在模具制造中的应用

徐家亮

（台州科技职业学院,浙江 台州 318020）

随着我国制造业水平的不断提高，对制造精度的要求也在不断提高。我国塑料工业随着经济的发展迅速成长，而塑料工业的发展是离不开塑料模具制造的[1]，可以说模具质量的好坏直接影响塑料制品的精度。为了提高模具精度，目前高档数控机床上已普遍装配测头等检测元件，海德汉系统是著名的高档数控系统，其在五轴联动、力矩电机、电主轴、检测元件等方面都处于世界先进行列。

1 循环功能的运用

1.1 海德汉系统

海德汉TNC 640数控系统是海德汉开发出的第一款实现铣削、车削复合加工的数控系统，在五轴高速加工领域，如航空航天、模具制造和医疗等行业得到较为广泛的应用。

海德汉系统的固定循环编程功能具有较好的人机对话方式，可直观地通过系统显示器图形对话框完成程序编制。程序基本固化成基本格式，即由Q参数来填写，方便灵活。

测头循环功能是海德汉系统的循环功能中的一个模块。使用其他数控系统的测头功能需要编写宏程序来实现[2]，这就对操作人员的能力有较高要求；而用海德汉系统的测头循环功能，只要将Q参数相关数据填入循环中就能实现，这就大大降低了对操作者的要求。

1.2 使用探测循环（结合机床面板，实现测头功能）

若要退出探测表，按下结束软键。

2 自动测量和补偿工件不对正量的循环

（1）采用循环400、401和402，用参数Q307基本旋转的默认设置定义测量结果是否需用已知角a进行修正（参见图1）。因此，可以测量工件的相对任意一条直线1的基本旋转，并建立相对实际0 °方向2的参考[3]。

图1 不对正量测量

如果测针南极的当前坐标小于第二安全高度坐标（由循环定义），TNC会沿探测轴使测头退至第二安全高度处，然后再定位至加工面上的第一起始位置。如果探针南极的当前坐标大于安全高度的坐标（由循环定义），TNC先将刀具移至加工面上的第一个探测点处，然后沿探测轴将测头退至测量高度处。

图2中各Q参数含义如下：

图2 不对正测量各Q参数示意图

Q263：第一个测量点的第一轴坐标（绝对值），沿加工面参考轴的第一触点坐标。

Q264：第一个测量点的第二轴坐标（绝对值），沿加工面辅助轴的第一触点坐标。

Q265：第二个测量点的第一轴坐标（绝对值），沿加工面参考轴的第二触点坐标。

Q266：第二个测量点的第二轴坐标（绝对值），沿加工面辅助轴的第二触点坐标。

Q272：测量轴(1=第一个轴/2=第二个轴)，需测量的加工面中的轴（1：参考轴=测量轴；2：辅助轴=测量轴）。

Q267：移动方向(测头接近工件的方向），-1表示负运动方向，+1表示正方向运动。

Q261：测量轴方向的测量高度（绝对值），进行测量的沿测头轴的球头中心（=触点）坐标值。

Q320：Set-up clearance（增量值），测量点与球头间的附加距离。

Q320：累加至探测表中的SET_UP。

Q260：Clearance height（绝对值），刀具与工件（夹具）之间不发生碰撞沿探测轴的坐标值。

Q301：移动到接近高度(0/1)，定义测头在两测量点间的运动方式（0：在测量高度位置的两测量点间运动；1：两测量点间在第二安全高度处运动）。

循环401是针对两孔的不对正量测量，循环402是针对两凸台的不对正量测量，情况和400类似，这里就不赘述了，它们的主要功能是减少人为操作，通过循环换算得到更精确的实际工件摆放位置。

（2）用旋转轴补偿的基本旋转循环403。探测循环403通过测量直线上的两个点决定工件的不对正量。TNC通过旋转A、B或C轴补偿所确定的不对正量。工件可以被夹持在回转工作台的任意位置处，如图3所示。

图3 旋转补偿示意图

Q263：第一个测量点的第一轴坐标。

Q264：第一个测量点的第二轴坐标。

Q265：第二个测量点的第一轴坐标。

Q266：第二个测量点的第二轴坐标。

说明：通过Q263与Q264两点确定一条直线，再计算出与线性轴的误差计算出旋转角度，Q265与Q266同理。

Q272：测量轴(1/2/3,1=参考轴)，1：基本轴=测量轴；2：辅助轴=测量轴；3：探测轴=测量轴。

图4 旋转补偿Q参数示意图

Q267：移动方向1(+1=+/-1=-)，测头接近工件的方向，-1表示负运动方向，+1表示正方向运动。

Q261：测量轴方向的测量高度（绝对值）。

Q320：Set-up clearance（增量值），测量点与球头间的附加距离。

Q260：Clearance height（绝对值），刀具与工件（夹具）之间不发生碰撞沿探测轴的坐标值。

3 自动设置原点

3.1 自动设置槽原点

以原点在槽中心为例（循环408，DIN/ISO：G408），如图5所示。

图5 槽设置原点

（1）根据定位规则，TNC用快移速度使测头运动至探测点1位置。TNC用循环中数据和探测表中SET_UP列的安全高度数据计算探测点位置。

（2）测头运动到输入的测量高度处并用探测进给速率（F列）执行第一次探测。

（3）测头沿平行轴在测量高度或在第二安全高度运动至下一个起点2和探测第二触点。

（4）TNC再将测头移回第二安全高度，并处理由循环参数Q303和Q305确定的原点，并将实际值保存在以下Q参数中：

Q166：被测槽宽实际值；

Q157：中心线的实际值。

（5）根据需要，TNC继续沿测头轴通过另一次探测测量原点。

3.2 设置槽原点步骤及程序，如图6所示

图6 槽原点步骤及程序

Q321：中心的第一轴坐标（绝对值），沿加工面参考轴的槽中心。

Q322：中心的第二轴坐标（绝对值），槽的中心在加工面辅助轴上。

Q311：槽宽度（增量值），即槽宽，与其在加工面上的位置无关。

Q272：测量轴（1=第一个轴/2=第二个轴），需测量的加工面中的轴（1：参考轴=测量轴；2：辅助轴=测量轴）。

Q261：测量轴方向的测量高度，进行测量的沿测头轴的球头中心坐标值。

Q320：测量头与球头间的附加距离。

Q260：刀具与工件（夹具）之间不发生碰撞沿探测轴的坐标值。

Q301：移动到接近高度，定义测头在两测量点间的运动方式（0：在测量高度位置的两测量点间运动；1：两测量点间在第二高度处运动）。

Q305：寄存器地址段号。

Q405：新原点（绝对值），TNC设置计算的槽中心的测量轴坐标。

只要将以上参数的数值输入到各参数中，就能编制出相应程序。

程序如下：

Q321=50；槽中心1的坐标。

Q322=50；槽中心2的坐标。

Q311=20；槽的宽度。

Q272=1；参考轴是测量轴。

Q261=-5；进行测量的沿测头轴的球头高度。

Q320=0；测量头与球头间的附加距离。

Q260=20；安全高度。

Q301=0；在测量高度位置的两测量点间运动。

Q305=10；输入表中的号码，TNC用于保存槽中心的坐标。

Q405=0；cnc设置计算的槽中心的测量轴坐标，默认为0。

图7 测头工作图

由于其他测量等功能同以上类似，只是循环参数不一样而已，使用方法完全相同，这里就不再赘述了。

4 结语

海德汉系统的循环功能在找正、测量、补偿等方面都具有很强大的功能，熟练掌握测量循环功能能够提高安装效率，进而提高塑料模具的精度。