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文档简介
1序言随着制造业的发展,数控机床的发展也是日新月异,高速化、高精化、智能化、复合化和自动化成为数控机床的发展趋势和方向,同时机床加工效率也一直是用户的主要关注点。在汽车车桥件加工中有一特点,车桥两端面有一定的倾角,在进行车桥端面加工时要先确定倾角的大小,判定是否超差,若未超差则确定端面的基准点进行加工。传统方法为在刀库中放入无线测量装置,当需要进行测量时,通过刀库换刀将测头换到主轴上,使坐标轴移动测头接触工件端面,然后应用数控系统的高速跳转测量功能记录当前坐标值,再多次移动坐标轴进行其他点位的测量,根据多点测量记录的坐标值计算得出工件端面倾角。此种方法需要多点多次移动坐标轴测量,增加了机床加工节拍,降低了加工效率。本文采用总线式位移传感器进行一次测量得出多点数据,减少了多次测量移动坐标轴的时间,提高了加工效率。2总线式位移传感器介绍本文案例是基于基恩士GT2系列总线式位移传感器进行位置测量,总线式位移传感器由探头、放大器模块和通信模块组成。探头为可伸缩接触式传感器,使用超清晰CMOS传感器进行高速拍摄,通过刻有因位置而异的缝口图形的“绝对值刻度尺”读取其移动量,拥有同级超高精度,即使高速移动也不产生追踪误差,测量精度可达1μm,探头前端伸缩量为10mm。放大器模块用来接收传感器的信号并进行处理,每个放大器模块可连接一个探头。通信模块是用来与外部设备进行总线通信的模块,一个通信模块最多可以连接15个放大器模块,可支持Profinet、Profibus、CC-Link、DeviceNet和EtherNet/IP等主流通信协议。传感器组成如图1所示。
a)探头
b)放大器模块
c)通信模块
图1传感器组成3整体应用方案本文案例中的机床配备西门子828D数控系统,由于数控系统的开放性较差,不能直接与第三方总线设备进行通信,因此数控系统与总线式位移传感器之间的通信需要借助西门子的S71200PLC来进行中转。西门子828D数控系统与S71200PLC之间可进行S7连接,S71200PLC可组态GT2总线式位移传感器,系统连接如图2所示。图2系统连接示意车桥端面倾角可通过4个点的位置坐标计算得出,应用4个基恩士测头进行一次测量即可。首先将4个探头固定在支架上,然后做好测头防护装置,整体安装在主轴侧上方,保证加工时不与工件干涉。如果工件端面径向尺寸较大,则可以加一个驱动装置控制测头的伸出和退回,测量时测头伸出,工件加工时测头退回到安全位置,以避免干涉。驱动装置最好选用伺服驱动,运行会更平稳,精度稳定性高。4点测头的安装、结构和测量如图3~图5所示。图34点测头整体安装示意
图44点测头结构图54点测头测量示意图6倾斜角度计算由图4和图5可看出,4点测头在后端支架的前端设有前端支架,后端支架与机床主轴箱连接;前端支架上设有4个传动杆后座,与传动杆同轴连接,传动杆后座内具有弹簧复位装置;在前端支架与后端支架间设有内部支架,内部支架上设有与传动杆位置对应的压缩式检测头,传动杆的末端依次穿过传动杆后座和前端支架,并与压缩式检测头连接。4个检测头呈矩形分布,通过压缩量的不同,可以计算接触面的倾斜角度,因此也可根据实际需要,用于检验前序焊接角度是否合格,或者自动上下料时判断有无工件等。倾斜角度计算如图6所示,其中a1为测量点1与测量点3的压量差值,b1为测量点1与测量点2的压量差值,h1为测量点1与测量点3的纵坐标差值,h2为测量点1与测量点2的横坐标差值。则前束角α1=arctan(a1/h1),外倾角β1=arctan(b1/h2)。在实际应用中,当需要加工某种车桥零件时,首先需要找一个标准件,探头移动到工件端面,保证与工件端面接触时探头在压缩行程中间位置(5mm左右),系统记录4个传感器位置,计算出端面倾斜角度。之后每次测量时以此倾斜角为基准进行判断,设定超差值,当超出设定值时,判定工件超差,停止加工;当测量数值在公差范围内时,系统按测量数值与标准件数值的差值进行基准加工。4程序控制(1)S71200PLC与传感器间的通信及数据读取本文中应用西门子S71200PLC的1211C系列,PLC与传感器间采用PROFINET总线通信,应用博图软件进行传感器的组态,S71200PLC的设置及程序控制如图7所示。图7S71200PLC的设置及程序控制(2)S71200PLC与828D系统间的通信及数据传输S71200PLC与西门子828D系统之间采用的是S7协议连接,S7以太网通信协议主要是将PLC连接到PC站。可通过GET、PUT等指令进行数据的传输,在GET、PUT指令中设置两个通信设备的以太网地址。此例中10.32.46.117为S71200PLC的地址,10.32.46.120为西门子828D系统的地址,具体的S7连接设置如图8所示。图8S71200PLC与828D系统间的S7连接设置S71200PLC发送数据给828D系统如图9所示,“PUT_DB”中“M120”“M124”“M128”“M132”为S71200PLC对接收的传感器数据进行处理后的存储地址。通过PUT指令传送给828D系统,828D系统对应的地址为“DB9061.DBX0”“DB9061.DBX4”“DB9061.DBX8”“DB9061.DBX12”。S71200PLC接收828D系统数据如图10所示,为GET指令。S71200PLC接收828D系统的测量指令地址为“DB9062.DBX0”,对应PLC地址为“Q96”。S71200PLC只负责传感器测量数据的采集、处理和传输,基于标准件的数据超差等分析由828D系统处理,828D系统对数据的处理这里不再做说明。图9S71200PLC发送数据给828D系统图10S71200PLC接收828D系统数据5结束语本文针对工件端面倾斜角度测量加工进行研究,用4点
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