郦学军 徐晓翔 刘义
江苏大学基础工程训练中心 江苏镇江212013
摘要：本文在介绍雷尼绍触发式探头自动探测的工作原理和G31指令应用的基础上，分析了其测量误差及其改进措施方法，进一步通过宏程序实例，探讨了在探测圆（孔）中心并进行机床报警的应用方法，实现了在数控加工中测量方法的功能拓展。
关键词：雷尼绍探头；G31；宏程序
雷尼绍(Renishaw)是一家跨国公司，主要提供测量、运动控制和精密加工等核心技术，数控机床探头是雷尼绍公司的主要产品之一，能保证机械加工质量、提升技术及产品的加工精度。雷尼绍触发式探头可以在数控铣床、加工中心、数控车床等数控机床中实现自动对刀、工件找正、工序测量及工件检测的功能。
1.数控机床雷尼绍触发式探头工作原理
数控机床采用雷尼绍触发式探头，探头在触碰到工件的一瞬间，通过读取机床此刻的坐标位置（根据当前坐标系的位置），通过系统变量传输到机床相对应的共用变量（也可以自行设定公用变量号），进一步通过公用变量和原来的坐标值进行比较（进行加减运算），将计算出来的结果自动补偿到工件坐标系或刀具长度（H）、刀具半径(D)中。
雷尼绍触发式探头采用3色灯来显示对应的工作状态：触碰到工件、障碍物等红色信号灯亮；电池电量不足或没有电黄色信号灯亮；工作状态未触碰到工件、障碍物等绿色信号灯亮，实际应用中可以根据3色灯的状态来判断操作是否正常，是否存在故障。
2.FANUC数控机床G31指令
使用雷尼绍探头进行测量离不开G31指令的配合。G31是跳转指令，通常只用于测量功能，需要外部输入信号，输入信号的地址是X4.7（信号名SKIP）。
G31执行过程中如果没有SKIP信号输入则和G01完全一样，如果在执行过程中SKIP信号置“1”，则在SKIP信号置“1”的位置清除剩余的运动量，直接执行下一个程序段。在SKIP信号置“1”时，在X、Y、Z、A(B)轴坐标值被存储在#5061 ～5064这4个系统变量中，供测量宏程序计算使用。
3.雷尼绍自动探测报警程序的应用
3.1雷尼绍自动探测误差
雷尼绍在自动探测过程中如探测到工件的铁屑、毛刺等会出现测量结果与实际值相差甚大的情况。此时将探测的值自动补偿到工件坐标系或相对应的加工变量中，会出现补偿错误，导致加工零件误差较大，甚至损坏刀具以及引起机床等加工事故。
3.2雷尼绍自动探测误差的原因和解决方法
在实际生产过程中，为了减少自动探测的误差，最大程度确保自动探测的准确性；出现探测误差能及时反馈给机床操作人员，让机床操作人员对测量结果进行确认。
通常的做法：将雷尼绍自动测量的结果与现有的测量值进行比较，当两者比较的结果在一定的范围内时，可以判定自动探测数据是准确的，此时的测量误差是合理的；当两者比较的结果在超出一定的范围内时，可以判定自动探测数据是误差较大，需要人工进行进一步的确认。当自动测量误差较大时可以通过触发数控系统报警来提示机床操作人员。
产生测量误差的原因及其采取措施归纳有三种：一是机床自身的精度。机床及其工作部件应定期维护与保养，确保机床自身精度满足加工要求。二是雷尼绍几接收信号装置的精度。雷尼绍应严格定期进行精度的校正，确保测头中心与机床主轴中心重合，确保测量杆与主题固定螺纹未松动，确保雷尼绍电池电量应该充足，确保信号接收装置的周围没有电磁干扰信号。三是测量程序合理性相关的精度。测量中应增加防碰撞程序、测量误差过大报警等程序，最大程度地减少测量误差。
3.3雷尼绍自动探测误差解决方法实例
雷尼绍自动探测圆（孔）中心自动探测过程中，当测量误差大于0.5mm时，需要触发机床报警，告知机床操作人员需要对测量结果进行确认，具体的宏程序和注释如下：
O001；
G15 G17 G21 G40 G49 G54 G80 G90；
T1 M06； （雷尼绍触发式探头）
#100 = 0.5； （设置#100号变量，测量误差值）
#500 = 0； (设置#500号变量，赋初始值0)
#501 = 0； (设置#501号变量，赋初始值0)
#502 = 0； (设置#502号变量，赋初始值0)
#503= 0； (设置#503号变量，赋初始值0
#504 = 0； (设置#504号变量，赋初始值0)
#505 = 0； (设置#500号变量，赋初始值0)
#506 = 0； (设置#501号变量，赋初始值0)
#507 = 0； (设置#507号变量，赋初始值0)
G0 G90 G54 X65 Y0； （X、Y轴以G0速度移至X65 Y0）
G43 Z200 H01 ； （Z轴以G0速度移至Z200位置）
Z-10； （Z轴以G0速度移至Z-10）
G91 G31 X-30 F500； （雷尼绍寻第1个点,如图10-17所示B点）
#500 = #5061； （雷尼绍触碰到工件时的坐标值传递到#500号变量中）
G0 G90 X65； （X、Y轴以G0速度移至X65）
G90 G0 Z200； （Z轴以G0速度移至Z200）
X-65； （X轴以G0速度移至X-65）
Z-10； （Z轴以G0速度移至Z-10）
G91 G31 X30 F500； （雷尼绍寻第2个点,如图10-17所示A点）
#501 = #5061； （雷尼绍触碰到工件时的坐标值传递到#501号变量中）
G0 G90 X-65； （X、Y轴以G0速度移至X-65）
G90 G0 Z200； （Z轴以G0速度移至Z200）
#502 = #500 + #501； （计算#502号变量的值，A、B点坐标值之和）
#503 = #502/2； （计算#503号变量的值）
IF[ABS[#503] GE #100] GOTO 100；
（条件判断语句，若#503号变量绝对值大于等于#100号变量值，则跳转到标号为100的程序段执行，否则执行下一程序段）
#5021 = #5021 + #501； （自动补偿G54坐标系中X轴机械坐标值）
G0 G90 G54 X0 Y65； （X、Y轴以G0速度移至X0Y65）
G43 Z200 H01 ； （Z轴以G0速度移至Z200位置）
Z-10； （Z轴以G0速度移至Z-10）
G91 G31 Y-30 F500； （雷尼绍寻第3个点,如图10-17所示C点）
#504 = #5062； （雷尼绍触碰到工件时的坐标值传递到#504号变量中）
G0 G90 Y65； （Y轴以G0速度移至Y65）
G90 G0 Z200； （Z轴以G0速度移至Z200）
Y-65； （X轴以G0速度移至Y-65）
Z-10； （Z轴以G0速度移至Z-10）
G91 G31 Y30 F500； （雷尼绍寻第4个点,如图10-17所示D点）
#505 = #5062； （雷尼绍触碰到工件时的坐标值传递到#505号变量中）
G0 G90 Y-40； （Y轴以G0速度移至Y-40）
G90 G0 Z200； （Z轴以G0速度移至Z200）
#506 = #504 + #505； （计算#506号变量的值，C、D点坐标值之和）
#507 = #506/2； （计算#507号变量的值）
IF[ABS[#507] GE #100] GOTO 100；
（条件判断语句，若#507号变量绝对值大于等于#100号变量值，则跳转到标号为100的程序段执行，否则执行下一程序段）
#5022 = #5022 + #507； （自动补偿G54坐标系中Y轴机械坐标值）
N100 G91 G28 Z0； （Z轴返回机床原点）
#3000 = 1 ； （触发数控机床系统报警）
G91 G28 Y0；
M01；
……
4.雷尼绍探头应用总结
（1）上述实例是雷尼绍探测圆心并进行机床报警的应用场合，当测量值大于0.5mm时，触发系统会报警，通知机床操作人员对测量结果进行确认。合理采用雷尼绍探头及其测量和宏程序编程方法，大大提高了加工效率和加工质量。
（2）雷尼绍自动探测的关键在于读取程序当前坐标和进行修改工件坐标系、修改变量值并传递程序进行加工等，大大降低人工操作的误差，但雷尼绍自动探测和机床自身精度也是密切相关的，实际加工中有时也会出现测量误差，所以对现场操作人员的操作能力有较高的要求。
参考文献：
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