基于PC机的在机检测技术在配备FANUC系统的数控机床中的实现.pdf

2 0 1 0年 4月 第 3 8卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I C S Ap r ． 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 8 ． 0 3 9 基于 P C机的在机检测技术在配备 F A N U C系统的数控机床中的实现 诸进才 ，陈世芳 ，高健 1 ．广州铁路职业技术学院机电工程 系，广东广州 5 1 0 4 3 0 2 ．广东工业大学机电工程学院，广 东广州 5 1 0 0 9 0 摘要基于 P c机的数控机床加工精度在机检测技术要求测量结果实时反馈到 P c机以便于进一步的数据处理和分析。 采用 G 3 1 指令、外部中断 S K I P指令和外部输出宏指令实现在机检测，并利用宏程序实现测量结果的实时输出；最后开发 了面向 F A N U C系统的在机检测子程序并通 过现 场实验进行验证 ，结果表明该子程序可以成功地应用 于所有基于 F A N U C系 统的数控机床，其运行效果良好，性能稳定。 关键词加工精度；数控机床；在机检测；宏程序 中图分类号 T G 6 5 9；T P 3 1 1 ． 5 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 81 0 8 3 Th e Re a l i z a t i o n o f On- ma c hi n e M e a s u r e me nt Te c hn o l o g y i n NC M a c hi ne To o l s o f FANUC S y s t e m Ba s e d o n PC Z HU J i n c a i ．C HE N S h i f a n g ．G AO J i a n 1 ．D e p a r t m e n t o f Me c h a t r o n i c s ，G u a n g z h o u I n s t i t u t e o f R a i l w a y T e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 4 3 0 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy ，G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 0 9 0 ，C h i n a Ab s t r ac t The me a s u r e me nt r e s ul t s， a c qu i r e d b y NC ma c hi n e t o o l s ma c h i ni ng p r e c i s i o n o n ． ma c h i n e me as u r e me n t t e c h ni q ue ba s e d o n P C wa s r e q ui r e d t o f e e d ba c k t O c o mp ut e r i n r e a l t i me f o r f u r t he r pr o c e s s i ng a nd a n a l y s i s ．To a c c o mpl i s h o n ma c hi n e i n s pe c t i o n ， G3 1 c o mma n d， t h e e x t e r n a l S KI P a n d e x t e r n a l o u t p u t ma c r o i n s t r u c t i o n c o u l d b e u s e d ． A r e a l t i me me as u r e me n t o u t p u t w a s a c h i e v e d b y u s i ng ma c r o p rog r a m．Th e O ff ma c h i n e me a s u r e me nt s ub p r o g r a m f o r t h e NC ma c h i n e t o o l s wi t h FANUC s y s t e m wa s d e v e l o p e d a n d v e rifie d by l o c a l e e x p e rime n t s ． Th e e x p e rime nt a l r e s ul t s s h o w t h a t i t c a n b e e ffe c t i v e l y i mp l e me nt e d i n a r e al o n ma c hi ne me a s u rin g s i t u a t i o n for a l l NC ma c h i ne t o o l s wi t h FANUC s y s t e m ，a n d h as g o o d a n d s t a b l e p e r f o r ma nc e． Ke ywo r ds Ma c hi ni n g pr e c i s i o n； NC ma c h i n e t o o l ； On ma c h i n e me a s ur e me nt ； Ma c r o p r o a m 利用在机检测系统实现对工件的测量需利用计算 机人机对话方式生成在机 检测测 量程序 ，通过计算机 与数控机床之间的通讯接 口将测量程序传 给数控机床 ， 数控机床将检测后 的数据通过通讯接 口实时传 回计算 机 。通讯模 块是计 算 机与数 控 机床 联系 的纽 带 ， 上位机通过监测 C N C系统返 回测量值 ，可对 系统测量 结果进行计算 、补偿及修正加工路径等工作 “ 。 1 数控机床在机检测技术的实现过程 当安装在机床主轴上的测头按照检测代码 的要求 接触安装在工作 台上的工件的瞬间 ，需将 当前测点 的 位置 即工件上该点的实际坐标值即时返 回到基 于 P C机的在机检测软件系统。完成这一瞬间的过程 由以下 3个阶段组成 。 1 检测 开始 。测 头按零件 C A D模型 所生成 的 检测代码接近于工件的某一点 P 。的理想坐标位置 ，y n ， ； 2 检测过程。由于数控机床 的加工误差 ，当 测头 碰到该 测点 的实 际位置 P ， ，Z 时应 能立 即停止运动 ，否则将 碰坏测头 ； 3 检测完 成。当测 头碰 到工件 上测 点 的实 际 位置 时 ，安装测头的机床端应能 自动将 当前测点的实 际坐标值即时返回到基 于 P C机的在机检测 软件系统 供后续处理 。 要完成上述过程 ，可 以采用机床提供的跳步指令 G 3 1 、外部 中断 S K I P指令 和外部输 出宏指令 。 1 ． 1 跳步指令 G 3 1和外部 中断 S K I P指令 数控检测程序 中最 常用 的基 本检 测指 令 G 3 1是 数控系统 自定义的带有续效性的跳步指令 。该指令 的工作原理是当测头碰触工件表面时，接触信号发 生 ，由控制系统接 收此 信号并停 止该程 序段 的执行 ， 转向下一个 程序段 。 在 G 3 1 指令执 行期 间 ，如果 输入 一个 外部 中断 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 0 9 基金项目广州铁路职业技术学院 “ 十一五”规划院级第三批课题青年专项 G T X Y Q 0 9 0 4 作者简介 诸进才 1 9 8 2 一 ，男 ，助教 ，主要研究 方向为数字化检测技术 ，模具 C A D ／ C A M。电话 0 2 03 6 0 0 4 5 3 0， E ma i l h y z h u j c 1 6 3 ． c o rn。 第 8期 诸进才 等基于 P C机的在机检测技术在配备 F A N U C系统的数控机床中的实现 。1 0 9 S K I P信号 ，则 中断指令 的执行 ，转 而执行 下个 程 序段。跳步指令 G 3 1和外部 中断 S K I P指令应用如 下。 1 G 3 1 的下个 程序段是增量值指令 ，例如 G31 G91 XI O 0 ． OFI O 0； Y5 0 ． 0； 其执 行 过 程 如 图 1所 示 ，当探 测 头 还 未 到 达 预 计的 X l 0 0 ． 0的位置 时 ，跳 转信号输入 ，系统即刻停 止 了当 前程 序 段 的 执 行 而 跳往下一程序段 Y 5 0 ． 0 ， 测头在 S K I P信 号输 人 的位 置绕往 Y 5 0 ． 0位置。 一 臂 篓 藻 荔 翥 生 ⋯- 春 聋 告 鬈 翥 l ， 跳转 信号 { L p 图 1 增量值指令里 使用跳转信号 2 G 3 1的下个 程 序段 是绝 对 值指令 的单轴 移 动 ，例如 G3 1 G9 0 X1 0 0 ． O O FI O 0； YI O 0 ． 0； 与 1 类似 ，当探测 头还 未 到达 预计 的 X I O 0 ． 0 的位置时，跳转信号输入 ， 系统即刻停止了当前程序 段的执行而跳往下 一程序 段，测头在 S K I P信号输入 处 单 独 在 Y 方 向 运 动 到 Y I O 0 ． 0的位 置 ，执 行 过 程 如图 2所示 。 ’Y I O 0 ． 0 ■ -一X1 O 0 ． 0 图2 绝对值指令里 使用跳转信号 3 G 3 1的下个程序段是绝对值指令 的两轴移 动 ，例如 G3 1 G9 0 2 0 0 ． 0 F1 0 0 X3 0 0 ． OY1 0 0 ． 0 1 ． 2外部输 出宏 指令 基于 P c的在机检测系统要将当前测点坐标值实 时输出到机床端口供 P c读取 ，也就是将保存坐标位 置信息的系统变量值输出到机床端串口，需要执行下 列外部输 出宏程序命令 。 I 开通指令 P O P E N。 这个命令用于连接外部 I ／ O装置 ，在送出数据输 出命令之前指定 。 2 数据输 出指令 B P R N T ／ D P R N T 。 B P R N T指令，进行字符的输出和变量的二进制 输出。 D P R N T指令 ，进行 字 符 的输 出和 变量 的十 进制 输 出。 3 关闭指令 P C L O S 。 全部数 据输 出终止时用此指令 ，将外部 I ／ 0设备 与接 口解 除。 2 利用宏程序实现测量结果实时输出功能 在程序中使用变量，通过对变量进行赋值及处理 实现程序功能 ，这种有变量 的程序 叫宏程序 。用户 宏程序 与普通程序 的 区别 在 以下 两方 面 1 在用 户宏程序本体中，能使用变量，可以给变量赋值 ，如 当变量 0 1 2时，G 0 1就是 G 0 2 ，而当变量 0 1 0 时 ，则 G O 1 成为了 G O 0 ； 2 变量 间还可 以进行运 算， 1 o o 1 0 1一 1 0 2 。程序运行时还可以跳转。 而普通程序中，只能指定常量 ，常量之间不能运算， 程序 只能顺 序执行 ，如 C 0 1 X 1 0 0 Y 2 0 0 Z 5 0 ，因此功 能 是 固定 的。 F A N U C数控 系统经 常使用 MA C R O B模 块进行宏 程序编制，其他的使用格式类似于数控加工程序。宏 变量用地 址 符 和 后 面 的数 字 来 表 示 ，分 为 空 变 量 加 、局部 变量 l 一 3 3 、公共 变量 1 0 01 4 9 和 5 0 0一 5 3 1 和 系统变 量 1 0 0 0一 。空变 量 的 值总是 N U L L ，若某些参数没有值，就可置成这种类 型；局部变量在一个宏程序中用来保存数据，系统掉 电时局部变量成 N U L L ，被调用时将参数赋值给变 量 ；公共变 量 可 被 不 同 宏 程 序 分 享 ，系统 掉 电 时 ， 1 0 0一 1 4 9成 N U L L ， 0 0一 5 3 1 可保持 ；系统变量 是用来读写 C N C系统指 令或数 据 的变量 。其 中 ，在 机检测中所要用到的表示位置信息的系统变量如表 1 的位置，执行过程如图3所示。 所示。 表 1 表示位置信息的系统变量 1 1 0 机床与液压 第 3 8卷 3 在机检测子程序的开发 作者将检测程序分成两 部分 第一部分是检 测路径 代码，采用大家所熟悉的普 遍 应 用 的 G ／ M 代 码 编 写 ， 由在机检测系统根据零件 形 状 的特点 自动生成并作 为检 测的主程序 ；第 二部分采 用 宏变量编程 ，实现与机 床系 统内部进行数据传输和交换 I I G就 主 程 序 蓐 ⋯ I I 图 4 主程序执行和子 程序被调用过程 的功能，其由手工编程并封装成为一个子程序 ，在检 测之前植入到数控系统供检测主程序调用。在主程序 中调用宏程序 时通常使用 G 6 5指令 ，格式如下 G 6 5 P 程序号 在 书写时 ，G 6 5必须 写在 之 前。 检测程序执行过程如图4所示。作者所开发的检测子 程序 如下 0 0 9 9 9 ；／ ／ 输 出坐标值子程序号 P O P E N；／ ／ 打开 I ／ O端 口 1 0 1 5 0 6 1 ；／ ／ 将 x坐标值保存在公共变量 1 0 1中 1 0 2 5 0 6 2 ； ／ ／ 将 Y坐标值保存在公共变量 1 0 2中 州0 3 3 0 6 3 ； ／ ／ 将 z坐标值保存在公共变量 1 0 3中 D P R N T [ 1 0 1 [ 4 3 ] 1 0 2 [ 4 3 ] 1 0 3 [ 4 3 ] ] ；／ ／ 输 出当前点的坐标值 P C L O S ；／ ／ 关闭 I ／ O端 口 注 上述子程序中，“ ／ ／ ”后面的为程序说明部分。 4结论 将作者所开发的检测 用子程序植入数控系统供检 测 时调用 ，根据检测代码对零件进行在机测量 ，每测 量一个 点就调用一次该子程序。图 5为计算机与 F A N U C O i ． M系列数控机床在 机测量结果数 据实时返 回到计算机上的界面 。 图 5 在机检测系统与 F A N U C O i M 系列数控机床数据通信模块 经过多次实验表 明，作者所开发的检测子程序可 以成功地应 用于所 有基于 F A N U C系列 系统 的数 控机 床，实现在机检测 ，其运行效果良好 ，性能稳定。 参考文献 【 1 】Me n q C h i a h s i a n g ， Y a n H o n g t z o n g ， L a i G w a n y w a n ． A u t o m a t e d p r e c i s i o n me a s u r e me nt o f s u rfa c e p r o fil e i n CAD- di r e c t -- e d i n s p e c t i o n [ J ] ． I E E E T r a n s a c t i o n s o n R o b o t i c s a n d A u ． t o m a t i o n ， 1 9 9 2 ， 8 2 2 6 8 2 7 8 ． 【 2 】 孙芳芳． 精密零 件加工在线检测系统关键技术实现 [ D] ． 南京 南京航空航天大学 ， 2 0 0 7 ． 【 3 】诸进才， 高健 ， 陈新． 面向自由曲面零件的在线检测技术 研究现状[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7， 8 3 5 2 1 8 2 2 2 ． 【 4 】 王冉， 叶文华 ， 陈晓梅． 零件加工尺寸在线检测系统的设 计与实现[ J ] ． 机械制造与自动化， 2 0 0 7 5 4 6 ． 【 5 】 北京发那科机电有限公司． B E l l I N G F A N U C O i ． M A系统 操作说明书[ M] ． 2 0 0 0 ． 【 6 】 刘书华． 数控机床与编程[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 O 0】 ． 8． 上接第 1 1 3页 【 1 9 】 李学全 ， 李峻， 胡德全， 等． 磁力研磨技术[ J ] ． 机械设 计与制造工程 ， 2 o o o 1 5 3 5 4 ． 【 2 0 】徐立军， 王文， 杨诚． 磁力研磨加工技术综述[ J ] ． 组合 机床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 3 1 4 3 4 3 ． 【 2 1 】Y A MA G U C H 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