数控车床在线检测及偏差自动补偿的实现方法

2022-03-21吴义荣

金属加工(冷加工) 2022年3期

吴义荣

中山迈雷特数控技术有限公司广东中山 528437

1 序言

随着工业机器人、自动化技术的发展，数控机床单机、多机自动化生产线的实现已不再是技术难题。但若要真正实现数控机床自动化无人值守加工，必须解决加工过程的在线检测及偏差自动补偿问题。否则，在出现刀具磨损、机床“跑尺寸”等意外时，将可能导致大批零件尺寸出现偏差甚至报废[1-3]。本文以某客户轴套孔加工在线检测及自动补偿的实现过程为例，介绍一种数控车床的在线检测及偏差自动补偿的实现方法。

2 相关产品简介

本文介绍的数控车床在线检测及偏差自动补偿的方法，是基于车床数控系统TPK980Ta（见图1）及IRP60红外测量仪（见图2）而实现的。

图1 TPK980Ta

图2 IRP红外测量仪

TPK980Ta是拓普康自控公司研制的一款车床数控系统，最多可控制5个轴，最小分辨率0.1μm，内置式PLC，支持车铣复合加工。其支持宏程序功能，系统的模态、坐标和刀补数据都可以通过宏变量形式供用户读/写。另外，该款系统还具备界面组态功能，用户可以根据应用需求自定义专用界面。

IRP红外测量仪是海克斯康的一款几何尺寸测量仪器，能够测量工件边缘、孔、槽、平台、角度、拐角和圆弧等几何形状。其由IRP60.00红外线测头和IRR61.00红外线接收器组成，红外接收器接收来自红外线测头的测量信号，并且负责启动/关闭测量系统，控制整个测量系统与数控系统的通信。

3 方案设计及实现

某公司承接了一批轴套类零件的加工业务，受新冠疫情影响，难于招聘到合适的操作人员。为解决操作人员短缺问题，该公司提出了采用桁架机械手替代人工进行上下料的方案，可实现数控机床单机自动化加工。但在自动化加工过程中，由于没有人员参与检测，一旦零件的关键尺寸出现偏差，后果将可能是零件的批量报废。因此，必须解决自动化加工中的检测及偏差自动修正问题。

针对客户需求，笔者提出了加工过程在线检测及偏差自动补偿的方案。该方案主要包含：①设计专用梯形图（PLC），实现对测量系统的打开/关闭、电池电量低等异常情况的处理。②设计专用宏程序，实现在线测量及偏差自动补偿。③设计专用界面，方便操作人员设置，以应对不同尺寸规格的零件，并可直观显示自动测试的结果。

3.1 梯形图的改进设计

梯形图的改进设计主要是增加控制指令（M代码）实现对测量系统的打开/关闭，以及当测头出现电池电量不足等情况时向数控系统发出警告提示。由于梯形图控制较为简单，所以本文不做详述。

3.2 宏程序的设计

设计思路是将测量仪探头当作一把特殊的刀具，在本文案例中，刀具号为8，刀具偏置号为32。为实现在线测量及偏差补偿，设计了两个宏程序，一个完成测量仪的自动校准，另一个完成零件内孔尺寸的在线测量及自动补偿。

（1）测量仪自动校准自动校准过程是通过测量仪对主轴上夹持的标准件进行检测，进而对探头中心相对主轴轴心X向的偏差进行自动校准设置。同时，通过对标准件的测量，可以判断探头与主轴轴心是否等高。为保证测量数据的准确性，在Z向不同位置分别测量，共测量3次，根据测量结果判断数据是否有效，当数据有效时，以3次测量的平均值作为偏差补偿值进行自动补偿。测量仪自动校准处理流程如图3所示，测量仪自动校准程序包括模态数据保存、标准件测量、恢复模态数据、探头偏差自动校正和异常处理5个模块。

图3 测量仪自动校准处理流程

1）模态数据保存模块程序代码及功能注释如下。

2）标准件测量模块程序代码及功能注释如下。

4）探头偏差自动校正程序代码及功能注释如下。

（2）在线测量及偏差补偿在零件内孔Z向的不同位置进行3次测量，如果3次测量中有2次或2次以上的测量数据都在公差范围内，则判定此零件合格；如果有2次或2次以上的测量数据不在公差范围内，则进行出错提示并要求手动确认零件是否合格；同时，将3次测量数据的偏差平均值作为加工内孔刀具的补偿值，自动修正该刀具的偏置值。在线测量及偏差自动补偿处理流程如图4所示，其程序包括尺寸检测、测试不合格处理以及偏差自动补偿等模块。