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数控机床在线检测系统
日期:2009-4-2 23:05:00 来源:本站整理  
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数控机床是现代高科技发展的产物,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、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测也称实时检测,是在加工的过程中实时对刀具进行检测,并依据检测的结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术,其检测过程由数控程序来控制。闭环在线检测的优点是:能够保证数控机床精度,扩大数控机床功能,改善数控机床性能,提高数控机床效率。
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    一、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。 
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    数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成: 
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    (1)机床本体 
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    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。 
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    (2)数控系统 
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    目前数控机床一般都采用CNC数控系统,其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接,当控制对象或功能改变时,只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成,中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。 
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    (3)伺服系统 
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    伺服系统是数控机床的重要组成部分,用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。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。 
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    (4)测量系统 
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    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。 
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    目前常用的雷尼绍测头,是英国雷尼绍公司的产品,它们用于数控车床、加工中心,数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头;按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式;按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。 
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    (5)计算机系统 
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    在线检测系统利用计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程的仿真及与数控机床通信等功能。在线检测系统考虑到运行目前流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等软件,以及减少测量结果的分析和计算时间,一般采用Pentium级别以上的计算机。 
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    二、数控机床在线检测的工作原理 
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    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: 
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    (1)确定零件的待测形状特征几何要素; 
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    (2)确定零件的待测精度特征; 
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    (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; 
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    (4)根据测点数及分布形式建立数学计算公式; 
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    (5)确定检测零件的工件坐标系; 
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    (6)根据检测条件确定检测路径。 
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    三、数控机床在线检测编程 
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    在线检测技术的关键主要体现在检测程序的编制上,检测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。商业化软件如英国DELCAM公司新版本的PowerInspect,是一款开放的检测软件,不受测量设备的限制,既可以在线检测,也可以脱机检测。不仅提供在线检测的功能,还能够在检测前针对读取的CAD模型进行检测路径的编程工作,并进行检测的仿真。随后可以把编制好的程序传输给CNC检测设备,进行自动检测。又如雷尼绍公司基于PC机的在机检测软件OMV(on machine verification),该软件专为数控机床配用系统而编写,主要应用于:根据原始CAD数据,检测样件、复杂零件及大型零件、多工序零件以及模具。 
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    自主开发软件的编程方式有:基于C、C++、VC++、VB、Delphi开发平台的在线检测编程和基于CAD开发平台的在线检测编程。
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    检测部分主要模块的功能如下: 
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    (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。 
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    (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。 
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    (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。 
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    (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。 
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    (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。 
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    基于CAD开发平台的在线检测自动编程是采用AutoCAD作为系统集成开发平台,并采用ObjectARY作为二次开发工具,开发该系统可弥补CAD/CAM系统所欠缺的功能,实现检测程序的图形化编制,即CAD/在线检测。 
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  四、数控机床在线检测系统仿真 

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