循环451MEASURE KINEMATICS (选装项48)

ISO编程

G451

应用

 
Machine

参见机床手册!

这个功能必须由机床制造商实施和调试。

探测循环451可检查并可根据需要优化机床的运动特性。用3-D TS系列测头测量海德汉校准球,该球已安装在机床工作台上。

该数控系统将确定静态倾斜精度。软件使倾斜运动导致的空间误差最小化,测量过程结束时,机床几何尺寸将自动保存在机床相应运动特性描述中。

循环顺序

  1. 夹持校准球和检查是否存在可能的碰撞。
  2. 手动操作模式模式下,将预设点设置在球心位置,或如果定义了Q431 = 1或Q431 = 3:手动定位测头,将测头定位在探测轴上校准球的上方和加工面上球心的位置。
  3. 选择“程序运行”操作模式并开始校准程序。
  4. 数控系统用定义的分辨率连续地自动测量全部旋转轴。
 
Tip

编程和操作说明:

  • 如果优化模式下确定的运动特性数据超出允许的极限(maxModification 204801号),数控系统显示警告信息。然后,必须按下NC start(NC启动)按键确认接受确定的数据。
  • 预设置期间,只为第二次测量,监测校准球的编程半径。原因是:如果相对校准球的预定位不精确并开始预设置,将探测校准球两次。
数控系统将测量值保存在以下Q参数中:

Q参数
编号

含义

Q141

A轴的标准方差测量值(如果未测量该轴,为-1)

Q142

B轴的标准方差测量值(如果未测量该轴,为-1)

Q143

C轴的标准方差测量值(如果未测量该轴,为-1)

Q144

优化的A轴标准方差(如果未优化该轴,为–1)

Q145

优化的B轴标准方差(如果未优化该轴,为–1)

Q146

优化的C轴标准方差(如果未优化该轴,为–1)

Q147

X轴方向偏移误差,手动传送相应机床参数

Q148

Y轴方向偏移误差,手动传送相应机床参数

Q149

Z轴方向偏移误差,手动传送相应机床参数

定位方向

被测旋转轴的定位方向由循环中定义的起始角和终止角确定。 基准测量自动在0°位置执行。

指定起始角和终止角,确保同一个位置不测量两次。不推荐重复测量同一点(例如测量位置+90°和-270°),但并不生成出错信息。

  • 举例: 起始角 = +90°,终止角 = –90°
    • 起始角 = +90°
    • 终止角 = –90°
    • 测量点数 = 4
    • 计算的角度步距 = (-90° – +90°) / (4 – 1) = -60°
    • 测量点1 = +90°
    • 测量点2 = +30°
    • 测量点3 = -30°
    • 测量点4 = -90°
  • 举例: 起始角 = +90°,终止角 = +270°
    • 起始角 = +90°
    • 终止角 = +270°
    • 测量点数 = 4
    • 计算的角度步距 = (270° – 90°) / (4 – 1) = +60°
    • 测量点1 = +90°
    • 测量点2 = +150°
    • 测量点3 = +210°
    • 测量点4 = +270°

带鼠牙盘连接轴的机床

 
注意
碰撞危险!
为使轴定位,必须将轴移出鼠牙盘连接部位。根据需要,该数控系统圆整计算的测量位置使其适用于鼠牙盘分度(取决于与起始角、终止角和测量点数)。有碰撞危险!
  1. 因此,要注意留出充足的安全距离,避免测头与校准球之间发生任何碰撞
  2. 也必须确保足够的空间,以达到安全高度(软限位开关)
 
注意
碰撞危险!
根据机床配置,数控系统不能自动定位旋转轴。如为该情况,需要使用机床制造商的特殊M功能使数控系统运动旋转轴。为此,机床制造商必须在机床参数mStrobeRotAxPos(204803号)中输入此M功能的编号。有碰撞危险!
  1. 参见机床制造商的文档
 
Tip
  • 如果无选装项2,定义大于0的退离高度。
  • 由起始角、终止角和测量点数计算相应轴和鼠牙盘分度的测量位置。

计算A轴测量位置举例:

起始角Q411 = -30

终止角Q412 = +90

测量点数Q414 = 4

鼠牙盘分度 = 3°

计算的角度步距 = (Q412Q411) / (Q414 – 1)

计算的角度步长 = (90° - (-30°)) / (4 – 1) = 120 / 3 = 40°

测量位置1 = Q411 + 0 * 角度步距 = –30° --> –30°

测量位置2 = Q411 + 1 * 角度步距 = +10° --> 9°

测量位置3 = Q411 + 2 * 角度步距 = +50° --> 51°

测量位置4 = Q411 + 3 * 角度步距 = +90° --> 90°

测量点数的选择

为节省时间,例如调试机床期间,可用较少的测量点数(1个或2个)进行大致优化。

然后再用一定测量点数(推荐值 = 4左右)进行精细优化。 测量点数越多,通常结果越好。 最好将测量点均匀分布在轴的整个倾斜范围上。

这是为什么需要在三个测量位置处测量0°–360°倾斜范围的原因,就是在90°,180°和270°位置。 这样定义起始角为90°和终止角为270°。

如要检查相应精度,在检查模式中输入较多测量点。

 
Tip

如果测量点定义在0°位置,可以忽略, 因为基准测量位置只能是0°。

基准球在机床工作台上位置的选择

原则上,可将基准球固定在工作台的任何可接近位置,也固定在夹具或工件处。 以下因素影响测量结果:

  • 在配有回转摆动工作台的机床上,将校准球固定在尽可能远离旋转中心的位置。
  • 超大行程的机床: 将基准球固定在尽可能靠近后续加工位置处。
 
Tip

将校准球放在机床工作台上,其位置需保证测量过程中无碰撞。

有关不同校准方式的说明

  • 输入大致尺寸后,在调试期间进行大致优化。
    • 测量点数在1至2之间
    • 旋转轴的角增量:约90°
  • 精细优化整个运动范围
    • 测量点数在3至6之间
    • 起始角和终止角覆盖旋转轴最大可能行程范围。
    • 校准球在带回转工作台轴的机床工作台上的位置应使测量圆较大,或对于摆动铣头轴,可在典型位置进行测量(例如运动行程的中间位置)。
  • 优化特定旋转轴位置
    • 测量点数在2至3之间
    • 旋转轴位于后续工件加工的角度位置,在进给轴围绕该角度倾斜情况下进行测量(Q413/Q417/Q421)。
    • 将基准球固定在机床工作台的后续加工位置处。
  • 检查机床精度
    • 测量点数在4至8之间
    • 起始角和终止角覆盖旋转轴最大可能行程范围。
  • 确定旋转轴反向间隙
    • 测量点数在8至12之间
    • 起始角和终止角覆盖旋转轴最大可能行程范围。

精度说明

 
Machine

根据需要,校准期间取消旋转轴锁定。否则,可能导致测量结果失真。更多信息,请见机床手册。

机床的几何和定位误差影响测量值,因此也影响旋转轴优化结果。 为此,必然存在一定误差。

如果没有几何误差和定位误差,循环对机床的任何测量位置在特定时间的测量值都可准确重现。 几何和定位误差越大,在不同位置进行测量的测量结果离散性也越大。

该数控系统在测量日志中记录的测量结果离散性是机床静态倾斜精度的指标。但是,在精度评估中也必须考虑测量圆半径和测量点数和测量位置因素。一个测量点不足以计算离散性。只有一点测量点时,计算结果是该测量点的空间误差。

如果同时运动多个旋转轴,其误差值将被合并。 最坏情况是这些误差相互叠加。

 
Tip

如果机床配受控主轴,需要在探测表中激活角度跟踪功能(TRACK(跟踪)栏)。 通常这样能提高使用3-D测头的测量精度。

反向间隙

反向间隙是指旋转编码器或角度编码器和工作台反向运动时的微小间隙量。如果旋转轴的反向间隙超出控制环的控制范围,例如用电机编码器测量角度,倾斜时将导致严重误差。

用输入参数Q432能激活反向间隙测量。输入角度,该数控系统用其作为运动角。然后,循环将对每个旋转轴执行两次测量。如果使角度值为0,该数控系统不测量任何反向间隙。

 
Machine

如果可选的mStrobeRotAxPos(204803号)机床参数中设置了旋转轴定位的M功能,或如果该轴为鼠牙盘轴,无法测量反向间隙。

 
Tip

编程和操作说明:

  • 数控系统不自动进行反向间隙补偿。
  • 如果测量的圆半径< 1 mm,数控系统不计算反向间隙。测量圆的半径越大,数控系统确定旋转轴反向间隙的精度越高。
  • 日志功能

注意

 
Machine

角度补偿只适用于选装项52 KinematicsComp。

 
注意
碰撞危险!
如果运行该循环,基本旋转或3-D基本旋转不工作。数控系统将根据需要删除预设表中SPASPBSPC列中数据。循环后,需要再次设置基本旋转或3-D基本旋转;否则,可能碰撞。
  1. 运行该循环前,取消基本旋转。
  2. 优化后,再次设置预设点和基本旋转。
  • 只能在铣削模式功能的加工操作模式下执行该循环。
  • 循环开始前,必须关闭M128TCPM功能
  • 对于循环451452,循环453结束于自动模式下的当前3D‑ROT功能,与旋转轴位置相符。
  • 定义循环前,必须将预设点设置在校准球的球心位置并将其激活,或相应地将输入参数Q431设置为1或3。
  • 对于沿探测轴将测头移至探测高度时的定位进给速率,数控系统用循环参数Q253或探测表中的FMAX进给速率值,取其中的较小值。在测头监测未被激活期间,数控系统只用定位进给速率Q253运动旋转轴。
  • 数控系统忽略不可用轴的循环定义数据。
  • 只有测量主轴头端或工作台端相互叠加的旋转轴才能修正机床原点(Q406=3)。
  • 如果校准前已激活预设置(Q431 = 1/3),则循环开始前,将测头运动至校准球球心上方的大约安全高度(Q320 + SET_UP)的位置。
  • 英制编程:数控系统只用毫米记录日志数据和测量结果。
  • 测量运动特性后,必须重新确定预设点。

关于机床参数的说明

  • 如果可选机床参数mStrobeRotAxPos(204803号)不等于–1(用M功能定位旋转轴),那么仅当全部旋转轴位于0°位置时,才开始测量。
  • 每次探测中,数控系统首先测量校准球的半径。如果球半径测量值与输入的球半径值相差超过可选机床参数maxDevCalBall(204802号)的定义值,数控系统显示出错信息并结束测量。
  • 对于角度优化,机床制造商必须相应地调整配置。

循环参数

帮助图形

参数

Q406 模式(0/1/2/3)?

定义数控系统检查或优化当前运动特性:

0:检查当前机床运动特性。数控系统测量已定义的旋转轴运动特性,但不修改当前运动特性。数控系统在测量日志中显示测量结果。

1:优化当前机床运动特性:数控系统测量已定义的旋转轴运动特性。然后优化当前运动特性中的旋转轴位置

2:优化当前机床运动特性:数控系统测量已定义的旋转轴运动特性。然后,优化角度和位置误差。需要用软件选装项52(KinematicsComp)补偿角度误差。

3:优化当前机床运动特性:数控系统测量已定义的旋转轴运动特性。然后,自动补偿机床原点。然后,优化角度和位置误差。需要软件选装项52,KinematicsComp。

输入:0123

Q407 准确校准球半径?

输入使用的校准球的准确半径。

输入:0.0001...99.9999

Q320 安全高度?

触点与球头间的附加距离。Q320是在探测表中SET_UP列的基础上的补充。 该值提供增量效果。

输入:0...99999.9999 PREDEF

Q408 退刀高度?

0:不允许运动到任何退刀高度;数控系统沿被测轴运动到下个测量位置。不适用于鼠牙盘连接的轴!数控系统用A轴,B轴再C轴的顺序运动到第一测量位置。

> 0:非倾斜工件坐标系的退刀高度,数控系统定位旋转轴前将主轴坐标轴定位在该位置。此外,数控系统也将测头在加工面上运动到原点位置。在该模式下测头监测不可用。在参数Q253中定义定位进给速率。 该值有绝对式效果。

输入:0...99999.9999

Q253 预定位的进给率?

定义预定位时的刀具运动速度,单位mm/min。

输入:0...99999.9999 FMAXFAUTOPREDEF

Q380 参考角度? (0=参考轴)

输入参考角(基本旋转),用于在当前工件坐标系下采集测量点。定义参考角可以大幅放大轴的测量范围。 该值有绝对式效果。

输入:0...360

Q411 A 轴起始角?

A轴起始角,在该角度进行第一次测量。 该值有绝对式效果。

输入:-359.9999...+359.9999

Q412 A 轴终止角?

A轴终止角,在该角度进行最后一次测量。 该值有绝对式效果。

输入:-359.9999...+359.9999

Q413 A 轴仰角?

A轴入射角,在该角度测量其他旋转轴。

输入:-359.9999...+359.9999

Q414 A 轴测量点数 (0...12)?

数控系统测量A轴的测量点数量。

如果输入值 = 0,数控系统不测量相应轴。

输入:0...12

Q415 B 轴起始角?

B轴起始角,在该角度进行第一次测量。 该值有绝对式效果。

输入:-359.9999...+359.9999

Q416 B 轴终止角?

B轴终止角,在该角度进行最后一次测量。 该值有绝对式效果。

输入:-359.9999...+359.9999

Q417 B 轴仰角?

B轴入射角,在该角度测量其他旋转轴。

输入:-359.999...+360.000

Q418 B 轴测量点数 (0...12)?

数控系统测量B轴的测量点数量。如果输入值 = 0,数控系统不测量相应轴。

输入:0...12

Q419 C 轴起始角?

C轴起始角,在该角度进行第一次测量。 该值有绝对式效果。

输入:-359.9999...+359.9999

Q420 C 轴终止角?

C轴终止角,在该角度进行最后一次测量。 该值有绝对式效果。

输入:-359.9999...+359.9999

Q421 C 轴仰角?

C轴入射角,在该角度测量其他旋转轴。

输入:-359.9999...+359.9999

Q422 C 轴测量点数 (0...12)?

数控系统测量C轴的测量点数量。如果输入值 = 0,数控系统不测量相应轴。

输入:0...12

Q423 探测次数?

定义数控系统在平面上测量校准球的测量点数量。如果测量点数较少,测量速度较快,如果测量点数较多,测量精度较高。

输入:3...8

Q431 预设点(0/1/2/3)?

定义数控系统是否将当前预设点自动设置在球心位置:

0:不将预设点自动设置在球心位置:循环开始前,手动设置预设点

1:测量前将预设点设置在球心位置(当前预设点将被改写):循环开始前,手动预定位测头,将其定位在校准球上方

2:测量后,将预设点自动设置在球心位置(当前预设点将被改写):循环开始前,手动设置预设点

3:测量前和测量后,将预设点设置在球心位置(当前预设点将被改写):循环开始前,手动预定位测头,将其定位在校准球上方

输入:0123

Q432 反向间隙补偿的角度范围?

定义运动角度,数控系统用该角度测量旋转轴的反向间隙。运动角度必须远远大于旋转轴的实际反向间隙。如果输入值 = 0,数控系统不测量反向间隙。

输入:-3...+3

保存和检查运动特性

11 TOOL CALL "TOUCH_PROBE" Z

12 TCH PROBE 450 SAVE KINEMATICS ~

Q410=+0

;MODE ~

Q409=+5

;MEMORY DESIGNATION

13 TCH PROBE 451 MEASURE KINEMATICS ~

Q406=+0

;MODE ~

Q407=+12.5

;SPHERE RADIUS ~

Q320=+0

;SET-UP CLEARANCE ~

Q408=+0

;RETR. HEIGHT ~

Q253=+750

;F PRE-POSITIONING ~

Q380=+0

;REFERENCE ANGLE ~

Q411=-90

;START ANGLE A AXIS ~

Q412=+90

;ENDWINKEL A-ACHSE ~

Q413=+0

;INCID. ANGLE A AXIS ~

Q414=+0

;MEAS. POINTS A AXIS ~

Q415=-90

;START ANGLE B AXIS ~

Q416=+90

;END ANGLE B AXIS ~

Q417=+0

;INCID. ANGLE B AXIS ~

Q418=+2

;MEAS. POINTS B AXIS ~

Q419=-90

;START ANGLE C AXIS ~

Q420=+90

;END ANGLE C AXIS ~

Q421=+0

;INCID. ANGLE C AXIS ~

Q422=+2

;MEAS. POINTS C AXIS ~

Q423=+4

;NO. OF PROBE POINTS ~

Q431=+0

;PRESET ~

Q432=+0

;BACKLASH, ANG. RANGE

其它模式(Q406)

测试模式Q406 = 0

  • 该数控系统在定义的位置处测量旋转轴和计算倾斜变换的静态精度。
  • 该数控系统记录位置优化的可能结果但不进行任何调整。

“优化旋转轴位置”模式Q406 = 1

  • 该数控系统在定义的位置处测量旋转轴和计算倾斜变换的静态精度。
  • 这期间,该数控系统尽可能修改运动特性模型中的旋转轴位置使其达到更高精度。
  • 自动调整机床数据。

位置和角度优化模式Q406 = 2

  • 该数控系统在定义的位置处测量旋转轴和计算倾斜变换的静态精度。
  • 首先,该数控系统尽可能用补偿的方式优化旋转轴的角度方向(选装项52,KinematicsComp)。
  • 角度优化后,该数控系统执行位置优化。不需要执行其它附加测量;该数控系统自动计算优化的位置。
 
Tip

根据机床运动特性,为正确确定角度,海德汉建议在倾斜角为0°时立即测量。

“优化机床原点、位置和角度”模式(Q406 = 3)

  • 数控系统在定义的位置处测量旋转轴和计算倾斜变换的静态精度。
  • 数控系统自动尽可能优化原点(KinematicsComp,选装项52)。为用机床原点补偿旋转轴的角度位置,需补偿的旋转轴必须在机床运动特性中相对被测旋转轴更接近床身。
  • 然后,数控系统尽可能地用补偿方式优化旋转轴的角度方向(选装项52,KinematicsComp)
  • 角度优化后,数控系统执行位置优化。不需要执行其它附加测量;数控系统自动计算优化的位置。
 
Tip
  • 为正确确定角度位置误差,海德汉建议将受影响旋转轴设置为0°的倾斜角进行此测量。
  • 修正机床原点后,数控系统尽可能减小被测旋转轴相关角度位置误差的补偿(locErrA/locErrB/locErrC)。
用前面的自动预设置和旋转轴反向间隙的测量,优化旋转轴位置

11 TOOL CALL "TOUCH_PROBE" Z

12 TCH PROBE 451 MEASURE KINEMATICS ~

Q406=+1

;MODE ~

Q407=+12.5

;SPHERE RADIUS ~

Q320=+0

;SET-UP CLEARANCE ~

Q408=+0

;RETR. HEIGHT ~

Q253=+750

;F PRE-POSITIONING ~

Q380=+0

;REFERENCE ANGLE ~

Q411=-90

;START ANGLE A AXIS ~

Q412=+90

;END ANGLE A AXIS ~

Q413=+0

;INCID. ANGLE A AXIS ~

Q414=+0

;MEAS. POINTS A AXIS ~

Q415=-90

;START ANGLE B AXIS ~

Q416=+90

;END ANGLE B AXIS ~

Q417=+0

;INCID. ANGLE B AXIS ~

Q418=+4

;MEAS. POINTS B AXIS ~

Q419=+90

;START ANGLE C AXIS ~

Q420=+270

;END ANGLE C AXIS ~

Q421=+0

;INCID. ANGLE C AXIS ~

Q422=+3

;MEAS. POINTS C AXIS ~

Q423=+3

;NO. OF PROBE POINTS ~

Q431=+1

;PRESET ~

Q432=+0.5

;BACKLASH, ANG. RANGE

日志功能

运行循环451后,数控系统创建日志(TCHPRAUTO.html)并将其保存在也含相关NC数控程序的文件夹下。本日志提供以下数据:

  • 日志创建日期和时间
  • 运行循环的NC程序路径
  • 刀具名
  • 已激活的运动特性
  • 使用的模式(0=检查/1=优化位置/2=优化姿态/3=优化 机床原点和姿态)
  • 倾斜角
  • 每个被测旋转轴:
    • 起始角
    • 终止角
    • 测量点数
    • 测量圆半径
    • 如果Q423>0,平均反向间隙
    • 轴的位置
    • 角度位置误差(仅限KinematicsComp,选装项52)
    • 标准方差(散布)
    • 最大偏差
    • 角度误差
    • 全部轴的补偿值(预设点平移)
    • 需检查的旋转轴优化前的位置(相对运动特性变换链的起点,通常是主轴尖)
    • 需检查的旋转轴优化后的位置(相对运动特性变换链的起点,通常是主轴尖)
    • 平均定位误差和相对0的定位误差标准方差
    • 含图形的SVG文件:各独立测量位置的测量误差和优化的误差。
      • 红色曲线:被测位置
      • 绿色曲线:运行循环后,优化的数据
      • 图形标识:轴符取决于旋转轴(例如,EYC = C轴在Y轴上的误差)
      • 图形的X轴:旋转轴,单位度
      • 图形的Y轴:位置偏差,mm
样本测量:C轴的Y轴上的EYC分量误差