王桂娜WANG Gui-na

（苏州大学机电工程学院，苏州215131）

0 引言

在现代制造技术发展的长河中，数控机床的线性精度和几何精度越来越高，与之匹配的控制器的功能也越来越强大，这就促使人们开始利用机床本身配备以测头系统，来实现和替代部分三坐标测量机的检测功能以及机外对刀仪的功能。同时，测头系统的智能化功能可以大幅度的节约原先使用人工完成的工件定位、试切、刀具磨损/破损检测所耗费的机床准备时间。使机床的工作效率得到了显见的提高，在此加工过程中的工件质量处于可调控的状态。最终因为加工过程中的自动化智能化的提高，使废品的发生率接近于零。

1 测头系统的组成及工作原理

数控机床在线检测系统由软件和硬件组成。（如图1所示）

硬件部分通常由以下几部分组成：

1.1 机床本体 机床本体是实现并实施加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的组件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。

1.2 数控系统 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减少传统方式食用过多人力的方法而且更精确。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。

1.3 伺服系统 伺服系统是数控机床控制回路的重要组成部分，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。伺服系统的性能使用效果很大程度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。

图1 测头系统的组成

1.4 测量系统 测量系统由接触触发式测头、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。其中关键部件是测头，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、修正加工程序，增强加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。

1.5 计算机系统 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。

其中测量系统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。常见的测头有机械式测头、红外线测头、无线电测头、激光测头等。随着数控加工技术不断发展，红外线测头在数控机床加工领域的作用与效果日益突出。实现数控机床的在线检测时，首先要生成检测主程序，将检测主程序由通信接口传输给数控机床，测头在一定的距离测量范围内以调整好的固定的速度和一定大小的力与工件接触，接触时接触点的位置在机床坐标系中的坐标值立刻被记忆，并通过红外线传输存储至目标存储地址。

2 测头系统宏程序库的开发应用

2.1 ACCU测头介绍 ACCU测量头采用三坐标测量原理，利用机床系统在线辅助，有效的使用现有坐标，直接进行零件曲面测量，将测量结果进行比对并给出测量报告。

它的优点：①不需要拆放零件到三坐标测量机上，在机床上面一次完成，提高了工作效率。②不需要专业三坐标人员，CNC操作人员一人就可以完成，降低了用人成本。③测量技术成熟稳定体现企业加工实力。

2.2 FANUC系统相关指令和参数介绍 ①G31跳转功能指令，在指令执行期间，如果输入一个外部跳转信号，即中断指令执行，转而执行下一个程序段[2]。②#5061存储跳转信号接通瞬间x轴机械坐标值。#5062存储跳转信号接通瞬间y轴机械坐标值。#5063存储跳转信号接通瞬间z轴机械坐标值。

2.3 在线测量孔直径的思路 在数控机床上安装ACCU测量头，测头探测到的数据自动反馈到数控机床的宏变量中。先测量+X，再测-X，然后在中间，先测+Y，再测-Y，并自动判定圆的大小和圆心位置。

2.4 部分测量子程序的编制

3 结束语

为了充分使用和开发出测头的功能，我们将参数编程与红外线测头结合在一起，使其在很大程度上扩展红外测头的使用范围，从而最终达到使机床在操作上更加简单和精确，加工效率也要大大提高，以此降低加工成本。综上所述，我们可以看到数控系统控制器在未来发展潮流中的不可或缺，测头系统将成为数控机床的重要配件，发挥着不可比拟的作用。

[1]石要红.海底土体静力触探关键技术研究[D].青岛：中国海洋大学，2005.

[2]陈奇，石要红，潘毅，等.基于工艺的海底静力触探及其设备研制[J].海洋工程，2007，25（4）：73-76.

[3]张亚萍.数控机床上测头系统测量程序的开发[J].机床与液压，2010，38（22）：119-120.

[4]邓三鹏.数控机床在线检测软件的开发[J].机械设计与制造，2006（1）：153-155.

[5]张庚申.面向数控车床的在线检测系统研究与开发[D].2011.

[6]黄勇.UG/Open应用开发典型实例精解[M].北京：国防工业出版社，2010：1-2.

[7]杨琳，周亚军.浅析数控机床在线检测技术[J].科技资讯，2006（10）：32-36.