五軸數(shù)控系統(tǒng)加工編程與操作 課件 項(xiàng)目六 五軸機(jī)床工件測頭應(yīng)用-V3

項(xiàng)目六五軸數(shù)控機(jī)床工件測頭應(yīng)用

機(jī)械工業(yè)出版社《五軸數(shù)控系統(tǒng)加工編程與操作》學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解機(jī)械式測頭的工作原理了解測頭標(biāo)定的意義了解回轉(zhuǎn)軸校準(zhǔn)的意義了解測量循環(huán)的功能技能目標(biāo)：掌握如何組裝測頭掌握如何調(diào)整測針掌握如何診斷觸發(fā)信號掌握如何標(biāo)定測頭掌握測量循環(huán)的使用掌握如何使用CYCLE996校準(zhǔn)機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線概述：機(jī)床在線測頭包括工件測頭和對刀儀。本章以高端五軸數(shù)控系統(tǒng)西門子840Dsl為例，依托系統(tǒng)在線測量功能，及硬件方面的方便快捷加裝外部測量設(shè)備。便捷設(shè)置進(jìn)給量等參數(shù)，，結(jié)合五軸機(jī)床適用的回轉(zhuǎn)軸心、軸線等運(yùn)動系統(tǒng)的測量校準(zhǔn)功能，實(shí)現(xiàn)各種不同的測量動作，完成典型形狀乃至3D特征的輪廓檢測。任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線1任務(wù)二多角度空間斜面零件測量2目錄任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線1任務(wù)二多角度空間斜面零件測量2目錄任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線學(xué)習(xí)任務(wù)書1、任務(wù)描述：本任務(wù)做好測頭調(diào)試，完成測頭標(biāo)定，做好工件測頭檢測前的準(zhǔn)備工作。調(diào)用并西門子CYCLE996回轉(zhuǎn)軸線檢測程序，完成五軸機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線檢測與自動補(bǔ)償?shù)墓ぷ?。注：雷尼紹標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床測頭的本身的重復(fù)性精度為1μm，高精度3D測頭重復(fù)性精度為可達(dá)0.25μm，機(jī)床本身的定位精度、重復(fù)定位精度也會影響測頭的測量精度，一臺精度合格的機(jī)床配備測頭，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)，對測頭進(jìn)行過正確的調(diào)整、校準(zhǔn)，集合西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)本身的測頭固定循環(huán)，測量精度完全可以滿足常規(guī)高精度零件的檢測要求。學(xué)習(xí)準(zhǔn)備任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線序號工作準(zhǔn)備內(nèi)容備注1機(jī)床（數(shù)控系統(tǒng)）五軸數(shù)控機(jī)床西門子SINUMEIK840Dsl系統(tǒng)2工件測頭OMP60工件測頭（雷尼紹機(jī)械式測頭）配備與機(jī)床刀具型號一致的測頭刀柄3工具千分表（分度值為0.002mm）內(nèi)六角扳手內(nèi)六角扳手與測頭調(diào)節(jié)螺釘大小一致4標(biāo)定球標(biāo)定直徑?25mm帶磁力表座子任務(wù)一測量任務(wù)分析1子任務(wù)二

工件測頭使用前熟悉與調(diào)試2任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)3子任務(wù)一測量任務(wù)分析學(xué)習(xí)任務(wù)書1、測量對象分析——要測什么？本次測量任務(wù)中，要利用工件測頭檢測并用軟件計(jì)算出機(jī)床各回轉(zhuǎn)軸的實(shí)際軸線位置，即偏置矢量I2和I3，測量結(jié)果數(shù)據(jù)即為B軸與C軸的中心線的交點(diǎn)相對于機(jī)床基準(zhǔn)點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值（具體概念請學(xué)習(xí)下文及教材相關(guān)內(nèi)容）思考與探討：1.什么情況下，要進(jìn)行五軸機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線精度校準(zhǔn)？2.請用右手法則判斷B、C軸旋轉(zhuǎn)的正方向？特別提示：此任務(wù)需要修改西門子系統(tǒng)機(jī)床回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)參數(shù)，做之前請做好回轉(zhuǎn)軸參數(shù)備份，防止數(shù)據(jù)丟失。學(xué)習(xí)提示子任務(wù)一測量任務(wù)分析子任務(wù)一測量任務(wù)分析學(xué)習(xí)任務(wù)書2、測量方法分析——怎么測？要求分別測量不同回轉(zhuǎn)位置的標(biāo)定球心，根據(jù)不同回轉(zhuǎn)位置球心坐標(biāo)，利用西門子系統(tǒng)自動測量出回轉(zhuǎn)軸線偏置矢量并自動補(bǔ)償?shù)綑C(jī)床回轉(zhuǎn)軸參數(shù)中.1．測量對象分析——要測什么？回轉(zhuǎn)軸偏置參數(shù)定義：回轉(zhuǎn)軸矢量V1表示：回轉(zhuǎn)軸B軸圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)軸矢量V2表示：回轉(zhuǎn)軸C軸圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)。偏置矢量I2表示：從機(jī)床基準(zhǔn)點(diǎn)到回轉(zhuǎn)軸1中點(diǎn)的距離。偏置矢量I3表示：從回轉(zhuǎn)軸1的中點(diǎn)到回轉(zhuǎn)軸V2與工作臺平面的交點(diǎn)距離。偏置矢量I4表示：結(jié)束矢量鏈，I4=-(I2+I3)。子任務(wù)一測量任務(wù)分析

1．測量對象分析——要測什么？主要需要補(bǔ)償?shù)幕剞D(zhuǎn)軸偏置參數(shù)：偏置矢量I2的X、Y、Z數(shù)據(jù)偏置矢量I3的X、Y、Z數(shù)據(jù)子任務(wù)一測量任務(wù)分析

2．測量對象分析——怎么測？本測量任務(wù)要求利用工件測頭來進(jìn)行測量，具體測量步驟如下：（1）將帶磁力表座的標(biāo)定球吸附到機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺靠近邊緣處（要求在機(jī)床各坐標(biāo)軸行程范圍內(nèi)）,如圖6-4所示。（2）用調(diào)整好并標(biāo)定過的工件測頭分別測量機(jī)床某一軸在不同回轉(zhuǎn)角度的球心坐標(biāo)。（3）根據(jù)不同回轉(zhuǎn)位置球心坐標(biāo)，利用西門子系統(tǒng)自動測量出回轉(zhuǎn)軸線偏置矢量并自動補(bǔ)償?shù)綑C(jī)床回轉(zhuǎn)軸參數(shù)中。子任務(wù)一測量任務(wù)分析

子任務(wù)一測量任務(wù)分析1子任務(wù)二

工件測頭使用前熟悉與調(diào)試2任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)31．工件測頭使用前熟悉與調(diào)試簡單來說，測頭是一個信號開關(guān)。通過測針與被測工件表面接觸產(chǎn)生觸發(fā)信號，接收器將觸發(fā)信號傳輸給數(shù)控系統(tǒng)。測頭本身并沒有測量計(jì)算功能，需要通過運(yùn)行測量程序完成測量動作和測量計(jì)算，最后輸出測量結(jié)果。子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試

1．工件測頭使用前熟悉與調(diào)試——了解工作原理機(jī)械式測頭結(jié)構(gòu)，測針部分采用6點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)，隨著圓棒與小球間接觸面積的減小，電流閉環(huán)回路的電阻增大，傳感器檢測到電阻變化產(chǎn)生觸發(fā)信號。子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試

1．工件測頭使用前熟悉與調(diào)試——了解工作原理未標(biāo)定的測頭在工作中存在以下運(yùn)動誤差：（1）觸發(fā)前的預(yù)行程、測針偏擺等誤差。（2）機(jī)床在讀取測量信號時也會由于信號傳輸、處理信號占用微少的時間而造成信號延遲，從而產(chǎn)生位移誤差。（3）機(jī)床接收到測量信號后由運(yùn)動到停止的減速過程中造成的位移誤差。子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試

思考與探討：以機(jī)械式測頭為例，說明工件測頭如何將觸發(fā)信號傳輸給數(shù)控系統(tǒng)？帶著下面的疑問學(xué)習(xí)下文：怎么診斷測頭的觸發(fā)信號在數(shù)控系統(tǒng)中是否生效？執(zhí)行MEAS=1G91G01X50Y0F100與執(zhí)行G1G91G01X50Y0F100效果有什么不同？提示：除運(yùn)動誤差外，影響測量精度的因素還有：1．工件測頭本身的重復(fù)性精度（機(jī)械式測頭1μm）。2.機(jī)床的重復(fù)定位精度（一臺合格的小型機(jī)床重復(fù)定位精度大約是2μm）。3.測頭所安裝的機(jī)床主軸定向。4.測量速度。5.標(biāo)準(zhǔn)件的精度。學(xué)習(xí)提示子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試2．工件測頭使用前熟悉與調(diào)試——測針對中調(diào)整初次使用，測針需要做對中調(diào)整，步驟如下：1）分別觀察相對兩螺釘朝向千分表時的壓表數(shù)據(jù)，兩邊的數(shù)據(jù)差值的一半即為即將調(diào)整的量。2）先將壓表較少的一端螺釘適當(dāng)松開，再將壓表較多的一端螺釘順時針向螺紋孔內(nèi)擰，同時觀察千分表轉(zhuǎn)過步驟一的所觀察到的調(diào)整量如圖6-9所示，重復(fù)上述動作，直到兩邊差值小于10μm。子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試

3．工件測頭使用前熟悉與調(diào)試——信號診斷初次使用，測頭需要做在線測頭信號診斷，方法如下：診斷信號方法1：1）進(jìn)入系統(tǒng)PLC變量界面—。2）輸入如圖6-11所示PLC地址位，手動觸發(fā)測頭1或測頭2，下述PLC地址位有翻轉(zhuǎn)信號。診斷信號方法2：測量信號也可以根據(jù)測頭觸發(fā)時，執(zhí)行測量余程刪除指令MEAS，通過機(jī)床進(jìn)給是否停止來判斷信號正常與否。在MDA模式下輸入程序段并執(zhí)行MEAS=1G91G01X50Y0F100；測頭觸發(fā)，查看X軸進(jìn)給是否停止。子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試

4．工件測頭使用前調(diào)試——工件測頭標(biāo)定長度標(biāo)定：1）設(shè)定環(huán)規(guī)、標(biāo)定球或量塊等標(biāo)準(zhǔn)件的上表面為工件坐標(biāo)系Z向原點(diǎn)。2）激活設(shè)定過的工件坐標(biāo)系，調(diào)出測頭，檢測標(biāo)準(zhǔn)件表面，標(biāo)定測頭長度子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試

4．工件測頭使用前調(diào)試——工件測頭標(biāo)定半徑標(biāo)定（可用環(huán)規(guī)或標(biāo)定球）：1）找到標(biāo)準(zhǔn)件中心位置。2）執(zhí)行標(biāo)定動作。3）運(yùn)算并存儲標(biāo)定數(shù)據(jù)。測頭與NC系統(tǒng)將自動運(yùn)行如下動作與運(yùn)算：（1）主軸定位至180°，測內(nèi)圓4點(diǎn)。（2）主軸定位至0°，測內(nèi)圓4點(diǎn)。（3）以上兩次測量結(jié)果運(yùn)算出環(huán)規(guī)內(nèi)孔準(zhǔn)確的中心位置，并計(jì)算和更新測球標(biāo)定數(shù)據(jù)，如測球標(biāo)定半徑值，以及測針偏擺值。（4）標(biāo)定結(jié)果輸出子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試

思考與探討：機(jī)床測頭在什么情況下必須進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)？如果測頭不標(biāo)定，會有哪些誤差？誤差產(chǎn)生原因分別是什么？標(biāo)定完成后怎么查看標(biāo)定結(jié)果？提示：標(biāo)定必須在任何可能導(dǎo)致測頭測量位置發(fā)生變化的情況下進(jìn)行學(xué)習(xí)提示子任務(wù)二工件測頭使用前熟悉與調(diào)試子任務(wù)一測量任務(wù)分析1子任務(wù)二

工件測頭使用前熟悉與調(diào)試2任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)3以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：1）在B軸為0度時，測量標(biāo)定球C軸為0°時的球心位置坐標(biāo)，并將它設(shè)定為CYCLE996的C軸第一次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：1）在B軸為0度時，測量標(biāo)定球C軸為120°時的球心位置坐標(biāo)，并將它們設(shè)定為CYCLE996的C軸第二次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：1）在B軸為0度時，測量標(biāo)定球C軸為240°時的球心位置坐標(biāo)，并將它們設(shè)定為CYCLE996的C軸第三次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：2）在C軸為0度時，測量標(biāo)定球B軸為0°時的球心位置坐標(biāo)，并將它設(shè)定為CYCLE996的C軸第一次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：1）在B軸為0度時，測量標(biāo)定球C軸為120°時的球心位置坐標(biāo)，并將它們設(shè)定為CYCLE996的C軸第二次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：1）在B軸為0度時，測量標(biāo)定球C軸為240°時的球心位置坐標(biāo)，并將它們設(shè)定為CYCLE996的C軸第三次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：2）在C軸為0度時，測量標(biāo)定球B軸為0°時的球心位置坐標(biāo)并將它們設(shè)定為CYCLE996的C軸第一次測量方法同B0°-C0°類似子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：2）在C軸為0度時，測量標(biāo)定球B軸為45°時的球心位置坐標(biāo)，并將它們設(shè)定為CYCLE996的C軸第三次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

以回轉(zhuǎn)軸為B、C軸機(jī)床為例，使用CYCLE996編程步驟：2）在C軸為0度時，測量標(biāo)定球B軸為90°時的球心位置坐標(biāo)，并將它設(shè)定為CYCLE996的C軸第三次測量子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)

3）程序運(yùn)算得出結(jié)果，補(bǔ)償至回轉(zhuǎn)軸各數(shù)據(jù)子任務(wù)三進(jìn)行機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線校準(zhǔn)學(xué)生提問？任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線知識擴(kuò)展-求另解任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線請?jiān)囍袛郃軸為擺頭式的A、C軸機(jī)床，即機(jī)床某一軸為繞X軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)軸矢量方向和偏置矢量。請描述利用西門子系統(tǒng)設(shè)置五軸機(jī)床回轉(zhuǎn)軸校準(zhǔn)的步驟任務(wù)一利用工件測頭檢測五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線1任務(wù)二多角度空間斜面零件測量2目錄檢測任務(wù)描述任務(wù)二多角度空間斜面零件測量本任務(wù)需要操作者通過五軸空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將工件調(diào)整到測量位置，調(diào)用西門子測量循環(huán)，對相應(yīng)的工件特征進(jìn)行測量。通過本任務(wù)的實(shí)際操作，掌握五軸機(jī)床測量工件的方法。學(xué)習(xí)準(zhǔn)備任務(wù)二多角度空間斜面零件測量序號工作準(zhǔn)備內(nèi)容備注1機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)五軸機(jī)床SINUMERIK840Dsl數(shù)控系統(tǒng)2工件多角度斜面零件2A123工件測頭應(yīng)變片測頭雷尼紹高精度測頭4夾具平口鉗注意加工干涉6其他

子任務(wù)一

測量任務(wù)分析1子任務(wù)二

零件測量編程方式及過程2任務(wù)二多角度空間斜面零件測量子任務(wù)一測量任務(wù)分析學(xué)習(xí)任務(wù)書識圖思考與探討：帶著問題學(xué)習(xí)：使用SINUMERIK系統(tǒng)測量循環(huán)怎么輸出測量報(bào)告？子任務(wù)一測量任務(wù)分析學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：如需使用編輯模式下測量循環(huán)與3D測量循環(huán)，則須確認(rèn)機(jī)床廠是否開通西門子840Dsl系統(tǒng)相應(yīng)的授權(quán)。斜面零件測量步驟說明：1）利用測頭自動設(shè)定零件初始工件坐標(biāo)系原點(diǎn)位置。2）測量30°空間斜面實(shí)際角度。3）使機(jī)床轉(zhuǎn)至孔位所在平面的角度，測量斜孔直徑與孔位。子任務(wù)一測量任務(wù)分析初始工件坐標(biāo)系位置子任務(wù)一

測量任務(wù)分析1子任務(wù)二

零件測量編程方式及過程2任務(wù)二多角度空間斜面零件測量1.特征測量循環(huán)功能簡介SINUMERIK系統(tǒng)中的測量循環(huán)軟件有兩種形式可以選擇使用：1）嵌入雷尼紹測量循環(huán)宏程序至子程序目錄下，通過宏程序調(diào)用的方式，運(yùn)行測量循環(huán)指令2）SINUMERIK840Dsl系統(tǒng)Shopmill菜單測量