有关数控机床的检测系统探讨

摘　要：

关键词：数控机床在线检测技术编程方式
　　数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，是制造业的加工母机。每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定及加工过程中的工序间检测和加工完毕检测等。针对如何提高加工效率、编程质量、机床安全性、设备利用率和节约刀具成本等问题，研究出了数控机床在线检测技术。在线检测也称实时检测，是一种基于计算机自动控制的检测技术，在加工的过程中实时对刀具进行检测，其检测过程由数控程序来控制，依据检测的结果做出相应的处理。既保证了数控机床精度，扩大数控机床功能，又改善数控机床性能，提高数控机床加工效率。
1、数控机床在线检测系统的组成
　　数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中的结构。 数控机床的在线检测系统由机床系统和软件系统组成。机床系统通常由以下几部分组成：
（1）机床本体：机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。
（2）数控装置：数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
（3）伺服系统：伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现机床移动部件（如工作台）的位置和速度为控制量的系统。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。
（4）测量系统：测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。
2、数控机床在线检测的工作原理
　　实现数控机床的在线检测时，首先要在计算机辅助编程系统上自动生成检测主程序，将检测主程序由通信接口传输给数控机床，通过G31跳步指令，使测头按程序规定路径运动，当测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控系统的专用接口将触发信号传到转换器，并将触发信号转换后传给机床的控制系统，该点的坐标被记录下来。信号被接收后，机床停止运动，测量点的坐标通过通信接口传回计算机，然后进行下一个测量动作。上位机通过监测CNC系统返回的测量值，可对系统测量结果进行计算补偿及可视化等各项数据处理工作。测量典型几何形状时检测路径的步骤为：
（1）确定零件的待测形状特征几何要素；
（2）确定零件的待测精度特征；
（3）根据测量的形状特征几何要素和精度特征，确定检测点数及分布；
（4）根据测点数及分布形式建立数学计算公式；
（5）确定检测零件的工件坐标系；
（6）根据检测条件确定检测路径。
3、数控机床在线检测编程
　　在线检测技术的关键主要体现在检测程序的编制上，检侧程序编制质量的优劣直接影响到检测效果。目前检测软件有商业化软件和自主开发的软件。基于VB语言的在线检测编程检测部分主要模块的功能如下：
　　（1）测量主程序自动生成模块：主要完成零件待测信息的输入，生成检测主程序。
　　（2）误差补偿模块：对测量过程中所产生的误差进行补偿，提高测量精度。
　　（3）通信模块：完成主程序与被调用宏程序的发送及测量点坐标信息的接收。
　　（4）测量宏程序模块：实现宏程序的管理和内部调用。主模块要实现对宏程序的查找、增添、修改及删除等操作。
　　（5）数据处理模块：对测量点坐标进行补偿，完成各种尺寸及精度计算。通过打开测量结果数据文件，获得测量点坐标信息，经过相应的运算过程最终得到所测值。
4、数控机床在线检测系统仿真
　　目前数控机床在线检测借鉴于CAD/CAM技术的发展思路可开发相应的在线检测仿真系统。以VC++作为系统开发工具，OpenGL作为三维场景开发工具，按照面向对象的程序设计思想开发数控机床在线检测仿真系统的过程是：
　　（1）虚拟检测环境的建立采用OpenGL标准进行图形处理工作。OpenGL是一个图形硬件的软件接口，利用它可进行几何建模、图形变换、渲染、光照、材质等多种操作，大部分对于图形的底层处理工作都由一些专门的函数来处理。
　　（2）检测信息的提取在线检测仿真系统，必须在仿真过程中，如实地反映测量宏程序的每一条语句，即利用测量宏程序驱动检测仿真过程的进程。
（3）虚拟测头的驱动在线检测系统是利用测头与待测物体的碰撞来确定接触点的位置信息的，因而检测仿真必须逼真的再现这一过程，这也是整个仿真系统的核心问题。为保证测头可靠地撞击上待测物体，应使测头检测运动的最远行程大于测头到实际接触点位置的距离，即实际接触点位于测量起始点与测头最远行程点之间的直线段上。
5、结束语
　　通过直接在数控机床上进行在线检测，即能发现数控加工缺陷又能及时修补加工误差，提高了加工效率，节约加工成本。因此，在线检测技术在数控机床中具有广阔的应用前景，是推动现代制造业发展的动力之一。
参考文献：
[1]嵌入式智能压力试验机测控系统设计.闫亚峰，姚明海等.机电工程:2007（9）.
[2]基于LabVIEW的数控车床位置监测系统.黄梅，陶兆胜.机电工程.2007（6）. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/258928.html