吴挺 燕纪钧 王茹
中国航发西安动力控制有限公司 陕西西安 710077
摘要： Mci16机床是一台四轴柔性加工中心。现阶段该机床加工时，夹具找正、零件小公差孔径尺寸调整等，全靠手工或人工借助一定的测量工具进行找正、测量，易出错、效率低。如何发挥它的测头功能，减少人工干预，达到90%以上测头测量。论文通过激活测头、编制测头测量程序等关键技术。通过在线测量应用，使机床实现柔性化加工。
关键词：数控机床；测头系统；测量程序
MCI16设备是一台西门子840D系统，自动化、柔性加工很强的四轴六工位加工中心。其中有部分自动应用功能还没有完全开发应用，比如测头的在线测量技术。目前该机床加工零件过程中，夹具找正、零件小公差孔径尺寸调整等，全靠手动借助一定的检测工具进行找正夹具、孔径测量，检测过程繁琐，易出错、精度差、效率低。主要原因是设备引进时测头功能就不能使用，也没得到专业的培训；再则设备属于西门子840D低版本系统，测头模块化编程应用比较单一；测头赋值R参数多，探索激活测头通道难度大。
如果能将测头测量功能激活应用，就可以实现快速夹具找正、测量、监控孔径尺寸合格与否，同时计算出补偿尺寸值；达到零件不离线的情况下，精准测量出孔对孔的相互位置尺寸等。这样不仅消除了因手动测量或找正工件时，数据输入机床指令错误导致工件报废的现象，还能提高调整孔位置尺寸的效率。
一、 设置与测量信号相关的机床参数
1、测头信号参数的设定
通过学习机床英文说明书，详细了解了测头功能的应用，并与设备处一同研究，将设备上的测头信号接口参数进行了修改。测量信号输出高电位或低电位有效时，必须与机床参数设置保持一致。
MD13200 =0第一测量信号高电位有效；
MD13210=l分布式驱动测量方式
840D系统默认将工件测头设置为第1测头，如果机床的测头连线与此不同，需要修改机床参数；
MD51606（0）=0测头信号为第1测量输入口
MD51606（0）=l测头信号为第2测量输入口
因为PPU和NX10上端口X122/X132的信号可以设置为输入信号，也可以设置为输出信号，对于测头连接，需要将X122/X132接口的第11口设定为测头信号输入端。
2、测头测量信号检测
840D系统的PLC信号状态画面，输入信号DB2700 DBBll此时手动触发测头 1，对应的 PLC状态点 DB2700 DBXIO（第一测量信号）将发主信号翻转变化，说明测头部分连线正常。
二、测头功能应用
1、测头介绍
测头雷尼绍RENISHAWB是由主体测头和测针两部分组成，测头可以在15°空间范围内转动，球头直径为φ6。测头和测针用压缩弹簧相连，当测针的压力通过测针模块和测头主体的连接处传送给硅应变高精度传感器，几微米的测头偏移就可以触发信号，测量精度高可以达到0.003mm。，机床得到信号后，记录当前机床坐标，并执行编制程序计算测量值。
2、测头校准与激活
Mci16设备上所采用的是应变传感机头的测量探头，不同于目前在用的在线测量测头，实际在用的测头只需要通过对刀仪就可以直接得到测头的补偿参数，即可直接应用，而在Mci16上需要完成以下步骤：
1、同普通测头一样通过对刀仪进行测头的参数补偿D1；
2、校核并激活，需要一个标准的环规或球，然后通过手动校准后并启动模块一次，使测量探头自动得到所需要的参数补偿D5，最终完成测头的激活。
三、测头参数的设置
1、4点法测量参数设置
Mci16设备的测量模块是通过R变量的设置来完成的，具体的过程分为 Input paremeters（输入参数）和系统自动的 Output paremeters（输出参数）。
测量直径参数R40的内孔，程序中给出最大的“许可修正量”为0.002mm,测头运行到测量孔壁时，测头通过 R83，R84的赋值信号与R66进行比较，如果满足要求，系统会反馈R89=0，如果不满足，系统会反馈R89=2,这时就需要我们对所加工零件进行调整。
2、测头测量程序的设计
1、校对测头程序的设计
启动加工程序后，机床直接设别G54的加工零点，调用测头子程序L3202（见图8），测头在基准“环规”上校正。
$P_UIFR[1]=CTRANS（X，44.90，Y，145.410，Z，259.02，B，R334）
（重新定义零点）
N5 G0 G54GB0
N10 G0 G54 G90 G90 X0 Y0
N15 Z150
N20 L3104（0,0,30,45,0,5,50,3,1,0.5,1,1,300） （坐标系重新定义）
N25 G0 G53 Z300
2、孔测量的程序设计
测头运行到测量孔坐标位置时，测头会在内孔径“上、下、左、右”以及不同方向测量，测量不精确时，通过 R86的赋值信号对B坐标反馈补值，自动寄存在R334=（R333+R86）参数内。测圆测量范围 ф10～ф40mm。
测圆子程序的编制、自动补偿（见图6调用子程序）
$P_UIFR[1]=CTRANS（X，44.90，Y，145.410，Z，259。02，B，89.56）
（零点输入）
N5 R333=89.56 （R赋值参数）
N10 L3202(-18,0,18,0,0,0,0,50,3,1,1,1,1,300) （子程序调用）
N15 G54 B=DC(R86) （修正B轴）
N20 R334=（R333+R86） （定义变量）
N25 G54 G0 GZ250
四、 测头在线测量的应用
某零件零组件30、60工序合并在Mci16设备上加工6处螺纹M18×1.5-5H6H螺纹孔及端面，保证螺纹孔对φ13+0.019 0孔的同轴度不大于0.01。由于6处φ13+0.019 0基准孔在阳极化前不同工序中加工，基准不一致，积累误差多，所以经过几次基准转换后，合并在数控设备不能一次装夹保证位置尺寸要求，需要单孔单件找正，需要设定6个坐标零点，手工输入G54零件存储器中，容易出错，找正孔的零点费时，6个孔需要35分钟，效率低，杠杆百分表找正精度低，影响零件加工质量。
通过在线测量，测头不断测量校准反馈测量补偿值精准、快捷、方便的测量孔径位置，效率提高了5倍。
1、Mci16测头的开发和应用，在手动杠杆百分表找正和测头在线找正、对比可以看出，效果明显
2、计量结果
四 总结
通过探索开发使用激活机床测头功能， 应用G代码参数赋值给测头信号相结合，测头的测量方法让机床操作变得更简单；测头找正内孔尺寸、两孔相互位置尺寸、床夹具找正以及单孔找正底孔保证加工孔的同轴度要求，加工精度更精确，大幅度提高了加工效率、降低了加工测量成本。随着现代数控技术的发展，数控系统控制器的功能越来越强大，测头系统将会成为数控机床的重要配件，发挥越来越大的作用。对干复杂零件可以极大地提高测量效率和准确性，可以使加工中心在线测量技术得到更广的推广和运用，也给自动化生产线在线测量提供数据依据。
参考文献
[1] 机械制造基础/卢秉恒主编．北京：机械工业出版社，1998.8．
[2] 数控机床误差补偿技术研究/刘友午，刘丽冰.中国机械工程1998.8