Измерение длины инструмента G37: Fanuc, Siemens, Mitsubishi

Введение

Поломка измерительного щупа при его столкновении с зажимными тисками (vise jaw) или вращающимся патроном шпинделя (spindle chuck) — это критический риск при автоматическом измерении длины инструмента (G37) без предварительной отмены компенсации радиуса инструмента (G40). Выполнение калибровочного цикла при активных командах G41 или G42 приводит к тому, что система ЧПУ вычисляет смещенную траекторию движения, направляя револьверную головку (turret) или шпиндель с инструментом прямо в элементы оснастки или стол станка. Если этот параметр не проверен перед запуском, отклонение размера накапливается с каждым циклом и обнаруживается только при финальном контроле как брак. Это ведет к длительному простою оборудования и необходимости дорогостоящей замены сенсорного датчика. Для снижения износа инструмента и предотвращения поломок измерительных систем калибровка должна производиться только при полной отмене коррекций на радиус и в абсолютной системе координат (G90).

Техническая сводка

Характеристика	Спецификация
Код команды	G37 (Стандартный), G36 / G37.1 / G37.2 (Расширенный / Токарный в зависимости от бренда)
Модальная группа	Группа 00, немодальная (Unmodal)
Бренды	Fanuc, Siemens (с использованием режима ISO G291 G31 или встроенных циклов), Mitsubishi
Критические параметры	Fanuc Parameter No. 6241 (Измерительная подача) & No. 6254 (Допуск поиска); Mitsubishi #8004 (Скорость измерения) & #8005 (Зона торможения)
Главное ограничение	Компенсация радиуса инструмента и вершины резца (G41/G42) должна быть отменена командой G40 перед вызовом цикла. Измерительные координаты должны быть запрограммированы в абсолютном режиме (G90).

Краткий обзор

• Запрограммируйте команду G40 для отмены активной компенсации радиуса вершины резца или фрезы перед вызовом цикла автоматического измерения инструмента.
• Выберите программирование в абсолютных координатах (G90) перед блоком измерения для предотвращения смещения траектории отвода инструмента.
• Предварительно загрузите и активируйте код корректора длины инструмента (H или T) in a separate block перед инициацией калибровки по G37.
• Настройте параметры станка так, чтобы зона смещения торможения была больше предела диапазона поиска.
• Установите достаточно низкую измерительную подачу для предотвращения физического повреждения щупа во время задержки распространения сигнала контроллера (от 0 до 2 мс).
• Убедитесь, что система координат детали совпадает с активной рабочей системой координат программирования во избежание слишком глубоких проходов обработки.

Базовые концепции

Автоматическое измерение длины инструмента создает замкнутый цикл наладки, который позволяет станку с ЧПУ динамически калибровать геометрические корректоры инструмента перед обработкой материала. Инструмент или револьверная головка перемещаются на ускоренном ходу к ожидаемой координате датчика. На границе торможения подача снижается до измерительной. Инструмент продолжает движение на этой пониженной скорости до контакта с датчиком касания, что вызывает сигнал пропуска, мгновенно останавливающий движение оси, вычисляющий отклонение от ожидаемой цели и регистрирующий коррекцию.

Если инструмент имеет активный корректор в регистре управления, система ЧПУ добавляет измеренное отклонение в регистр износа. Если активный корректор равен нулю, система записывает новое значение непосредственно как геометрический размер длины инструмента. Это динамическое обновление предотвращает ошибки, возникающие при ручном вводе данных, экономя время наладки и предотвращая брак.

Для поддержания безопасных координат во время этого цикла требуется определить безопасный диапазон перемещения оси, где начальная точка находится достаточно далеко от датчика во избежание преждевременных срабатываний. При ручном прерывании движения инструмента на измерительной подаче оператор должен вернуть инструмент в координату, предшествующую прерыванию, перед возобновлением выполнения для предотвращения искажения траектории движения.

Структура команд

G37 — это немодальная подготовительная команда Группы 00, которая активна только в том кадре, где она задана. Программист должен указать координату целевой оси для измерения. Контроллер выполняет сегмент быстрого сближения, за которым следует сегмент медленного измерительного поиска, переключая подачи при пересечении безопасной границы.

Для операций нарезания резьбы с переменным шагом, таких как нарезание резьбы G34 с увеличивающимся шагом или нарезание дегрессивной резьбы G35, контроллер должен вычислять динамические переходы шага. Нарезание резьбы с постоянным шагом на системах Siemens выполняется с помощью команды нарезания резьбы G33. В отличие от них, G37 выполняет прямолинейное измерительное движение вдоль одной оси до тех пор, пока внешний сигнал контакта не прервет движение.

Форматы синтаксиса

Режим точения Fanuc (Lathe):

G36 X xa ; (или G37 Z za ;)

Расширенный режим точения Fanuc:

G37.1 X xa ; (или G37.2 Z za ;)

Режим фрезерного центра Fanuc (Milling):

G90 G37 Z za ;

Режим Siemens ISO Dialect:

G31 Z za F fp ;

Режим фрезерного центра Mitsubishi:

G37 Z za R r D d F fp ;

Режим точения Mitsubishi:

G37 X xa R r D d F fp ; (или G37 Z za R r D d F fp ;)

Параметры

Адрес	Бренд	Описание	Диапазон / Лимит
X, Z	Fanuc, Mitsubishi, Siemens	Абсолютная ожидаемая координата позиции измерения.	Пределы координат
R	Mitsubishi	Расстояние торможения от ожидаемой координаты измерения (инкрементальное значение).	От 0 до 99999.999 мм
D	Mitsubishi	Диапазон допуска поиска (разрешенное окно касания).	От 0 до 99999.999 мм
F	Mitsubishi, Siemens	Измерительная подача для измерительного сближения.	Положительное целое число
P	Siemens	Выбор входного канала измерительного щупа (от 1 до 4).	P1–P4

Применение на брендах

Fanuc

Системы Fanuc настраивают корректоры точения и фрезерования по-разному. Токарные системы используют немодальные G-коды Группы 00 G36 и G37 или G37.1 и G37.2 для калибровки осей X и Z, записывая коррекции непосредственно в регистры геометрии или износа. Фрезерные системы используют одну команду G37 вдоль указанной оси, что требует активации кода корректора длины инструмента H в предшествующем блоке.

Настройки параметров определяют безопасные границы и подачи. Параметр No. 6241 задает измерительную подачу сближения, а параметры No. 6251 и No. 6252 задают расстояние смещения торможения ($y$). Параметры No. 6254 и No. 6255 определяют допустимую зону допуска поиска ($\epsilon$). Токарные системы переключаются между стандартным и расширенным режимами с помощью параметра No. 3405 бит 3.

Параметр	Описание	По умолчанию / Диапазон
No. 3405 Бит 3	Конфигурация системы G-кодов токарного станка (0 = G36/G37, 1 = G37.1/G37.2).	0 или 1
No. 6241	Измерительная подача ($F_p$), используемая при сближении с датчиком.	Положительное значение мм/мин
No. 6251 / No. 6252	Расстояние смещения торможения ($y$) для осей X и Z.	Положительное смещение
No. 6254 / No. 6255	Допустимый диапазон поиска / зона допуска ($\epsilon$) для осей X и Z.	Положительное значение
No. 6210 Бит 7	Параметр CCM для фрезерования (0 = стандартная компенсация, 1 = с фактическим смещением).	0 или 1
No. 0001 Бит 1	Параметр FCV (1 = устаревший формат программ Series 15).	0 или 1

Выполнение G37 при нажатом измерительном датчике или сбой триггера датчика до достижения границы координаты приводит к ошибке Alarm PS0080. Операторы должны проверять начальные зазоры во избежание аварий.

Siemens

Системы управления Siemens не имеют встроенной команды G37. Автоматическая калибровка инструмента выполняется интерактивно с помощью экранных клавиш ЧПУ («Изм. инстр.») в режиме ручного управления (JOG) или через защищенные опциями макроциклы измерения. В режиме ISO Dialect (G291) интерпретатор преобразует немодальную команду измерения G31 в цикл измерения CYCLE328.spf, позволяя программистам использовать стандартные форматы G-кодов.

Параметры машинных данных управляют поведением трансляции ISO Dialect. Параметр MD 18800 должен быть установлен в значение 1 для включения интерпретации внешнего языка, а MD 10890 настраивает программирование смены инструмента. Параметр MD 10760 управляет тем, подавляются ли компенсации длины и радиуса инструмента при командах G53, G153 и SUPA.

Машинные данные	Описание	Диапазон значений
MD 18800	Активация внешних языков ЧПУ (глобальная опция интерпретатора ISO Dialect).	0 или 1 (должно быть 1)
MD 10890	Конфигурация программирования смены инструмента. Бит 2 управляет выбором корректора D или H.	С битовой конфигурацией
MD 10760	Подавление компенсации длины и радиуса инструмента для G53, G153 и SUPA.	От 2 до 4

Если сигнал измерительного щупа активен до начала выполнения G31, система останавливает обработку и выдает ошибку Alarm 21700. Если подача не активна, выдается ошибка Alarm 14800. Кроме того, когда инкрементальные координаты G91 запрограммированы в кадре, непосредственно следующем за G31, Siemens вычисляет отвод относительно фактической координаты контакта, а не запрограммированной, что может вызвать столкновение при отводе, если не используются абсолютные координаты.

Mitsubishi

Системы управления Mitsubishi используют немодальные G-коды G37 или G37.1 для калибровки инструментов. Когда вершина инструмента касается датчика касания, срабатывает сигнал пропуска G31, оставшийся путь удаляется, а регистры координат обновляются. ЧПУ добавляет отклонение в регистр износа, если смещение отлично от нуля, или записывает геометрическое смещение, если оно равно нулю.

Адреса R, D и F внутри блока задают параметры калибровки, переопределяя системные значения по умолчанию. Параметр #8004 SPEED определяет подачу по умолчанию, а параметры #8005 ZONE r и #8006 ZONE d определяют безопасные зоны по умолчанию. Параметр #1080 Dril_Z ограничивает измерения осью Z, а параметр #1381/bit0 TolOfsCmdCheck_M проверяет наличие нулевых значений смещений.

Параметр	Описание	По умолчанию / Диапазон
#8004 SPEED	Измерительная подача по умолчанию ($F_p$), используемая при сближении с датчиком.	От 0 до 60000 мм/мин (токарные), от 0 до 1000000 мм/мин (фрезерные)
#8005 ZONE r	Диапазон торможения по умолчанию ($r$), когда адрес R опущен.	От 0 до 99999.999 мм
#8006 ZONE d	Предел диапазона поиска по умолчанию ($d$), когда адрес D опущен.	От 0 до 99999.999 мм
#1080 Dril_Z	Параметр для фрезерной обработки. Если равен 1, Z строго принудительно устанавливается как единственная допустимая ось измерения.	0 или 1
#1238 set10/bit0	Параметр для токарной обработки. Определяет, является ли G36 круговым нарезанием резьбы CCW (1) или измерением инструмента по оси X (0).	0 или 1
#1381/bit0	TolOfsCmdCheck_M. Если равен 1, вызов корректора H со значением компенсации 0 вызывает ошибку программы.	0 или 1

Если датчик сработал за пределами диапазона поиска или сигнал не обнаружен на конечной точке, система выдает ошибку Program error P607. При применении ручного прерывания во время измерения оператор должен вручную вернуть ось в положение перед прерыванием до возобновления работы, чтобы предотвратить искажение траектории движения.

Сравнение брендов

Функция / Опция	Fanuc	Siemens	Mitsubishi
Встроенная измерительная команда	G37 (ось Z / фрезерование), G36/G37 или G37.1/G37.2 (токарные)	— (нет источника)	G37 / G37.1 (фрезерование), G36/G37 или G37.1/G37.2 (токарные)
Конфигурация зоны безопасности	Параметры No. 6251 и No. 6254	Программируется через циклы или экранные кнопки	Динамические координаты внутри блока (адреса R и D)
Вывод аварийных сигналов	Объединенный Alarm PS0080	Alarms 21700, 14800, 61800, 14011	Многоуровневые программные ошибки P600–P607
Смещение многозаходного шага	— (нет источника)	— (нет источника)	— (нет источника)

Технический анализ

Три отличительные программные особенности четко дифференцируют автоматическое измерение инструмента Fanuc от систем управления Siemens и Mitsubishi. Во-первых, Fanuc использует унифицированную структуру отчетов об авариях. Fanuc объединяет все касания вне границ, преждевременные срабатывания и события отсутствия контакта в один стандартный аварийный код PS0080. Системы управления Mitsubishi, напротив, используют высокоструктурированный многоуровневый формат нумерации программных ошибок от P600 до P607. Во-вторых, токарные системы управления Fanuc сопоставляют автоматические смещения с конкретными координатами с помощью команд G36/G37 или G37.1/G37.2 в зависимости от параметра No. 3405. Напротив, токарные ЧПУ Mitsubishi сопоставляют автоматическое измерение длины инструмента исключительно с немодальными G-кодами G37 и G37.1, требуя от программиста определять инкрементное смещение торможения через адрес R и допустимое отклонение через D непосредственно внутри блока G-кода. В-третьих, Fanuc реализует G37 как встроенную аппаратную немодальную команду перемещения Группы 00, которая напрямую переопределяет модальные координаты. Для сравнения, системы управления Siemens не используют встроенный G-код G37; вместо этого они выполняют зондирование длины и диаметра инструмента с помощью диалоговых экранных клавиш управления или высокоуровневых циклов измерения (таких как CYCLE971), требующих выделенной программной опции для адаптации вспомогательных подпрограмм. При работе в режиме Siemens ISO Dialect стандартные команды измерения сопоставляются с G31, которая внутри преобразуется в собственные подпрограммы Siemens (такие как CYCLE328.spf). Кроме того, Siemens реализует строгую ретроспективную привязку координат G91, при которой последующие инкрементные перемещения выравниваются по фактической координате срабатывания, тогда как системы управления Fanuc и Mitsubishi используют более жесткие параметры перезаписи координат.

Примеры программ

Пример для Fanuc

T0101 ; Выбор инструмента 1 с корректором 1
G37 Z150.0 ; Автоматическое смещение по оси Z к ожидаемой абсолютной координате 150.0
G43 H11 Z50.0 ; Активация корректора длины инструмента номер 11 в предшествующем блоке
G90 G37 Z-120.0 ; Автоматическое измерение по оси Z к абсолютной координате Z-120.0

пробный прогон (dry run)

• Револьверная головка индексирует Инструмент 1 с корректором 1 (T0101).
• Ось Z быстро перемещается к координате Z150.0.
• На границе торможения (Z150.0 минус значение параметра No. 6252) скорость подачи снижается до рабочей скорости измерения по параметру No. 6241.
• Инструмент касается датчика, мгновенно останавливая движение и записывая коррекцию в регистр геометрии 1.
• Затем активируется корректор инструмента 11.
• Ось Z быстро перемещается к координате Z-120.0, замедляясь на безопасном пороге.
• Контакт вызывает сигнал приближения к концу сближения, и отклонение сохраняется в H11.

Пример для Siemens в режиме ISO Mode

G291 ; Переключение интерпретатора из собственного режима Siemens в режим ISO Dialect
T1 D1 ; Вызов инструмента T1 и активация режущей кромки D1 для измерения
G31 Z-120. F100 ; Измерительный ход вдоль оси Z к абсолютной координате Z-120.0 с подачей 100 мм/мин
G290 ; Переключение интерпретатора обратно в собственный режим Siemens

пробный прогон

• Интерпретатор переключает синтаксический анализатор на ISO Dialect (G291).
• Выбираются инструмент T1 и режущая кромка D1.
• Запускается цикл измерительного сближения (G31) вдоль оси Z в направлении абсолютной координаты Z-120.0.
• С подачей F100 инструмент перемещается до срабатывания измерительного щупа.
• Движение по оси прекращается, регистры координат считываются, и значение записывается в таблицу инструментов Siemens для D1.
• Интерпретатор возвращается в собственный режим Siemens (G290).

Пример для Mitsubishi

G43 H01 ; Предварительная модальная активация компенсации длины инструмента номер 1
G37 Z-400. R200. D150. F100 ; Калибровка длины инструмента по оси Z к ожидаемой координате -400.0, диапазон торможения 200.0, предел поиска 150.0

пробный прогон

• Корректор длины инструмента 1 (H01) активируется модально.
• Команда G37 выполняет калибровку по оси Z.
• Инструмент приближается к целевой координате Z-400.0 на ускоренном ходу.
• На расстоянии 200.0 мм (R200.0) от цели подача снижается до F100.
• Измерительный поиск происходит в пределах окна допуска 150.0 мм (D150.0).
• Контакт вызывает вход сигнала пропуска G31, останавливая подачу и добавляя отклонение координаты в регистр износа 1.

Анализ ошибок

Бренд	Код ошибки	Условие срабатывания	Действия оператора
Fanuc	Alarm PS0080	Сигнал датчика сближения активирован преждевременно в зоне торможения или не сработал до границы безопасности.	Проверьте начальный зазор и увеличьте параметры пределов диапазона поиска (No. 6254 / No. 6255).
Siemens	Alarm 21700	Команда измерительного сближения (G31) запущена при уже активном сигнале датчика касания (заклинивший датчик).	Очистите щуп датчика от грязи, проверьте работу аппаратной части и сбросьте состояние датчика.
Siemens	Alarm 14800	Скорость по траектории равна или меньше нуля во время измерительного хода.	Запрограммируйте допустимую подачу F до или внутри измерительного блока.
Siemens	Alarm 61800	Команда измерительного сближения выполнена в режиме ISO, когда параметр машинных данных MD 18800 не включен.	Включите поддержку внешнего языка (установите MD 18800 = 1).
Siemens	Alarm 14011	Файл CYCLE3106.spf отсутствует в памяти программ ЧПУ при вызове быстрого отвода G10.6.	Убедитесь, что CYCLE3106.spf присутствует в памяти программ станка.
Mitsubishi	Program error P600	Команда G37 или G37.1 вызвана, когда эта опция не предоставлена или не включена.	Проверьте опции станка и интеграцию PLC производителя.
Mitsubishi	Program error P604	Не задана координата оси измерения в G37 или задано более одной оси одновременно.	Укажите ровно одну координату оси в кадре G37.
Mitsubishi	Program error P605	Код корректора длины инструмента H задан в том же блоке, что и G37.	Определите корректор инструмента в предшествующем блоке.
Mitsubishi	Program error P606	Нет активного корректора длины инструмента (G43 H) перед вызовом G37.	Вызовите G43 H в предшествующем блоке.
Mitsubishi	Program error P607	Сигнал датчика сработал за пределами диапазона поиска (зона D) или не был обнаружен при достижении конечной точки оси.	Проверьте физические границы рабочей зоны и выравнивание датчика.
Mitsubishi	Program error P608	Компенсация радиуса инструмента (G41 или G42) активна при вызове G37.	Отмените компенсацию радиуса инструмента с помощью G40 перед выполнением G37.
Mitsubishi	Program error P957	Значение компенсации длины для активного номера корректора H равно 0 при вызове G43 или G53.6.	Задайте ненулевое значение для смещения в регистре корректоров.

Практическое применение

Разрушение высокочувствительного измерительного сенсора и перегрузка сервоприводов осей подачи происходят из-за превышения допустимой скорости сближения при калибровке. Проверка параметра No. 6241 до начала обработки устраняет наиболее частую причину незапланированных остановок для этой команды. Этот параметр в системах Fanuc определяет скорость измерительной подачи ($F_p$) при сближении с датчиком. Если оператор задает чрезмерно высокую скорость для сокращения времени цикла, то из-за задержки передачи сигнала в системе ЧПУ (которая составляет от 0 до 2 миллисекунд) ось проезжает дальше точки физического контакта, сминая щуп датчика и вызывая аварийный останов с кодом Alarm PS0080. Аналогично, на стойках Mitsubishi за это отвечают параметры #8004 SPEED и зона торможения #8005 ZONE r. Неверная настройка соотношения зоны торможения и диапазона поиска (когда величина торможения $y$ меньше допуска поиска $\epsilon$) делает невозможным плавное замедление инструмента перед контактом с датчиком, что снижает надежность оборудования и приводит к авариям. Для предотвращения простоев и обеспечения стабильности технического обслуживания необходимо строго соблюдать формулу безопасной зоны: величина торможения должна превышать диапазон поиска.

Связанные команды

• G43 / G44 / G49: Активация или отмена смещения компенсации длины инструмента, которые должны быть модально установлены до выполнения автоматического цикла калибровки.
• G31: Запуск измерительного перемещения функции пропуска (skip) на аппаратном уровне, которое G37 использует внутри себя для захвата координат по сигналам датчика.
• G40 / G41 / G42: Отмена или включение компенсации радиуса инструмента и вершины резца, где компенсация должна быть отменена с помощью G40 перед G37 для предотвращения опасных отклонений траектории.
• G290 / G291: Переключение между встроенным языком Siemens и внешним режимом ISO Dialect для активации измерительного анализатора G31.
• G10: Программируемый ввод параметров и смещений инструмента для прямой записи базовых калибровочных координат из управляющей программы.

Заключение

Регулярная калибровка датчика и контроль параметров безопасной зоны сближения являются обязательными условиями для обеспечения надежности оборудования и планирования межсервисных интервалов технического обслуживания. Технологическим службам предприятия рекомендуется внедрить обязательную процедуру проверки параметров No. 6241 и No. 6254 на стойках Fanuc, а также MD 18800 на Siemens перед запуском новых управляющих программ. Систематический контроль начальных clearances и программирование движения отхода в абсолютных координатах (G90) вместо инкрементальных (G91) исключает непреднамеренные столкновения револьверной головки (turret) с прижимами стола или тисками, гарантируя бесперебойную работу и предотвращая брак выпускаемой продукции.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как устранить ошибку Alarm PS0080 при калибровке инструмента на стойках Fanuc?

Эта ошибка возникает, если измерительный датчик уже нажат перед началом цикла G37 или если ось достигла конечной координаты без срабатывания сигнала. Чтобы решить эту проблему, очистите щуп от стружки и остатков СОЖ, проверьте исправность кабелей датчика и увеличьте диапазон поиска в параметрах No. 6254 и No. 6255.

Почему команда G31 на системе Siemens вызывает Alarm 21700 во время измерения?

Аварийный код Alarm 21700 на Siemens указывает на то, что измерительный сигнал датчика активен (замкнут) еще до начала движения по оси. Проверьте аппаратное состояние щупа, устраните механическое заедание контактов и выполните сброс состояния измерительной головки на панели оператора перед повторным запуском программы.

Что делать, если при вызове цикла G37 на стойке Mitsubishi появляется ошибка Program error P606?

Ошибка P606 означает, что в системе не активирована компенсация длины инструмента G43 или параметр измерения по оси Z (#1080 Dril_Z) включен, а измерение запрограммировано по другой оси. Пропишите команду активации корректора G43 H в отдельном кадре перед вызовом G37 и сверьте активную ось измерения с конфигурацией параметра #1080.