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臥式加工中心任意角度自動(dòng)建立坐標(biāo)系
閱讀：842 發(fā)布時(shí)間：2020-8-11引 言
臥式加工中心的工作臺(tái)一般可以旋轉(zhuǎn)，方便加工 箱體類等具有回轉(zhuǎn)特征的零件，自動(dòng)化程度較高，可實(shí) 現(xiàn)一次裝卡多角度加工。但是旋轉(zhuǎn)角度后需要重新建立坐標(biāo)系，因?yàn)樯弦粋€(gè)工位加工的特征很難與后續(xù)加工做到基準(zhǔn)統(tǒng)一，存在多次建立坐標(biāo)系產(chǎn)生的誤差。解決上述問題的傳統(tǒng)辦法是：裝卡時(shí)將零件的中心與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心重合，或是在零件上做一個(gè)輔助工藝孔，旋轉(zhuǎn)后重新對(duì)刀建立坐標(biāo)系。這兩種辦法均存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、自動(dòng)化程度不高、誤差較大、受零件形狀的 局限等缺點(diǎn)。本文介紹一種用宏程序自動(dòng)建立坐標(biāo)系的方法，原理是：將測定的回轉(zhuǎn)中心機(jī)械坐標(biāo)值作為旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)計(jì)算第一個(gè)對(duì)刀點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后的坐標(biāo)偏置量，并通過系統(tǒng)變量的方法寫到新的坐標(biāo)系下。
１ 測定回轉(zhuǎn)中心機(jī)械坐標(biāo)值
加工時(shí)用到的坐標(biāo)系分為機(jī)械坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。機(jī)械坐標(biāo)系是表示機(jī)械固有位置的坐標(biāo)系，工件坐標(biāo)系是用于加工的坐標(biāo)系（Ｇ５４～Ｇ５９）。自動(dòng)建立坐標(biāo)系指的是建立工件坐標(biāo)系，可由坐標(biāo)系設(shè)定功能或工件偏置測量等功能實(shí)現(xiàn)。
回轉(zhuǎn)中心是機(jī)床機(jī)械位置的固有點(diǎn)，我們將其機(jī)械坐標(biāo)位置定義為（Ｘ０，Ｚ０）。其中，Ｘ０ 是固定的，因主軸裝卡刀具不同，Ｚ０ 是相對(duì)的，可以是相對(duì)于基準(zhǔn)刀或是主軸端面的位置，這里我們選擇在基準(zhǔn)刀下測
定Ｚ０ 的相對(duì)位置。測定回轉(zhuǎn)中心時(shí)需要用到大理石方尺、基準(zhǔn)刀或機(jī)床自帶的紅寶石探頭。測定回轉(zhuǎn)中心的具體過程如圖１所示。
（１）測定 Ｘ０：將方尺固定在工作臺(tái)上，用尋邊器測定 Ｘ１；工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)１８０°，測定 Ｘ２。回轉(zhuǎn)中心 Ｘ０ ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２。
（２）測定Ｚ０：在０°時(shí)用基準(zhǔn)刀測定Ｚ１，旋轉(zhuǎn)１８０°，測定Ｚ２。用千分尺測量方尺的長度Ｌ，回轉(zhuǎn)中心Ｚ０＝（Ｚ１＋Ｚ２－Ｌ）／２。
圖１ 測定回轉(zhuǎn)中心示意圖
２ 建立數(shù)學(xué)模型
如圖２ 所示，Ｏ１ 為機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)，Ｏ２ 為工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心，Ａ 為 Ｇ５４ 的對(duì)刀點(diǎn)，Ｂ 為工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)α 角度后Ａ 點(diǎn)的位置，ＡＯ２ 與Ｚ 軸形成的夾角為β，ＢＯ２ 與 Ｚ 軸的夾角為ε，Ａ 點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)值為（Ｘａ，Ｚａ），Ｂ 點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)為（Ｘｂ，Ｚｂ），Ｏ２ 的機(jī)械坐標(biāo)為（Ｘ２，Ｚ２）。
圖２ 數(shù)學(xué)原理圖
３ 編寫宏程序
為了便于管理及避免使用者誤操作，將程序格式編為主程序和子程序，使用時(shí)只需打開主程序由主程序自動(dòng)調(diào)用宏程序，將測定的回轉(zhuǎn)中心的機(jī)械坐標(biāo)值填入子程序?qū)?yīng)的＃２１和＃２３的等式右邊，日常使用時(shí)子程序并不需要修改。以森精機(jī) ＮＨＣ４０００ 三菱系統(tǒng)為例，其主程序自變量地址與局部變量的關(guān)系如表１所示。表１ 中，帶有 × 標(biāo)記的自變量地址無法使用，但在 Ｇ６６．１ 模式中可追加使用帶有＊ 標(biāo)記的自變量地址；帶有－標(biāo)記表示沒有對(duì)應(yīng)地址，帶有○標(biāo)記表示可以正常調(diào)用該自變量地址。
表１ 主程序自變量地址與局部變量的關(guān)系
與工件坐標(biāo)系（Ｇ５４～Ｇ５９）相關(guān)的系統(tǒng)變量地址如表２所示。表２ 表示與工件坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的變量地址，使用變量編號(hào)＃５２０１～＃５３２ｎ，可讀取工件坐標(biāo)系偏置數(shù)據(jù)或?qū)⒅荡搿?/p>
表２ 與工件坐標(biāo)系（Ｇ５４～Ｇ５９）相關(guān)的系統(tǒng)變量地址
編寫的主程序如下：
Ｏ１２３４
Ｇ６５Ｐ１０００Ｂ＿Ｅ＿；（Ｂ 為回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度，Ｅ 為回轉(zhuǎn)后新坐標(biāo)系的存放位置 Ｇ５５～Ｇ５９，填寫數(shù)值５５～５９）Ｍ３０；
編寫的子程序如下：
Ｏ１０００
＃２１＝＿；（測定的回轉(zhuǎn)中心 Ｘ 軸機(jī)械坐標(biāo)）
＃２３＝＿；（測定的回轉(zhuǎn)中心Ｚ 軸機(jī)械坐標(biāo)）
＃１１＝ ＃５２２１；（調(diào)用 Ｇ５４下 Ｘ 機(jī)械坐標(biāo)）
＃１３＝ ＃５２２３；（調(diào)用 Ｇ５４下Ｚ 機(jī)械坐標(biāo)）
＃６＝ ＃１１－ ＃２１；（Ｇ５４原點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心 Ｘ 軸偏移量）
＃７＝ ＃１３－ ＃２３；（Ｇ５４原點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心Ｚ 軸偏移量）
＃８＝ＡＴＡＮ［＃６／＃７］；（根據(jù) Ｘ、Ｚ 兩個(gè)分向量求總向量與Ｚ軸夾角）
＃９＝ ＃８－ ＃２；（回轉(zhuǎn)后的夾角，ＩＳＯ８４１標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)軸規(guī)定，假定工件靜止，刀具運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向遵循右手定則，與數(shù)學(xué)規(guī)定的角度正 方向相反所以是減。也有機(jī)床例外，相應(yīng)的改為加號(hào)）
＃１０＝ ＃６／ＳＩＮ［＃８］；（Ｇ５４原點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心斜線距離）
＃１５＝ ＃１０＊ＳＩＮ［＃９］；（回轉(zhuǎn)增加的 Ｘ 方向距離）
＃１６＝ ＃１０＊ＣＯＳ［＃９］；（回轉(zhuǎn)增加的Ｚ 方向距離）
＃２４＝ ＃２１＋ ＃１５；（回轉(zhuǎn)后的 Ｘ 坐標(biāo)）
＃２６＝ ＃２３＋ ＃１６；（回轉(zhuǎn)后的Ｚ 坐標(biāo)）
＃［［＃５－４］＊２０＋５２２１］＝ ＃２４；（將 Ｘ 坐標(biāo)返回到新建立的工件坐標(biāo)系中）
＃［［＃５－４］＊２０＋５２２２］＝ ＃５２２２；（Ｙ 維持不變）
＃［［＃５－４］＊２０＋５２２３］＝ ＃２６；（將Ｚ 坐標(biāo)返回到新建立的工件坐標(biāo)系中）
＃［［＃５－４］＊２０＋５２２３］＝ ＃５２２４；（Ｂ 軸原點(diǎn)維持不變，方便程序 Ｂ０仍然回到 Ｇ５４原始方向）
Ｍ９９；
４ 程序驗(yàn)證
正式加工零件前，首先驗(yàn)證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序的精度及可靠性。在工作臺(tái)上裝卡一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)棒，將 Ｇ５４的原點(diǎn)設(shè)定在圓心，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)任意角度，運(yùn)行主程序 Ｏ１２３４，將新的坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)定在 Ｇ５５，重新分中，與 Ｇ５５ 原點(diǎn)進(jìn)行比較。反復(fù)驗(yàn)證，確保任意角度下零點(diǎn)跟隨，如果 有偏差可以微調(diào)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心或是重新校定。
５ 結(jié) 語
通過宏程序?qū)崿F(xiàn)了加工過程中任意角度的零點(diǎn)跟隨，在實(shí)際生產(chǎn)中有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
（１）確保了加工過程中同一基準(zhǔn)。只需要一次對(duì)刀，后續(xù)多個(gè)角度只需運(yùn)算宏程序的主程序即可自動(dòng)建立相應(yīng)工件坐標(biāo)系，簡化了操作者的工作強(qiáng)度，同時(shí)確保了同一基準(zhǔn)加工的所有特征，確保了特征之間的位置關(guān)系。
（２）簡化零件編程與計(jì)算。編制零件加工程序時(shí)只需把坐標(biāo)系相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，零點(diǎn)不產(chǎn)生偏移。不管零件的中心是否在工作臺(tái)中心，或是偏差多少，對(duì) 程序都沒有影響。
（３）拓展宏程序的應(yīng)用。手工編程是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，宏程序是手工編程的精髓。通過巧妙地應(yīng)用宏程 序的系統(tǒng)變量參數(shù)，使計(jì)算結(jié)果自動(dòng)填入數(shù)控系統(tǒng)中， 提升了數(shù)控的應(yīng)用水平，拓展了宏程序的應(yīng)用領(lǐng)域。
本文介紹的僅僅是宏程序用法的冰山一角，希望 能起到拋磚引玉的作用。宏程序非常簡潔，使用方便， 并且已經(jīng)在森精機(jī) ＮＨＣ４０００臥式加工中心上做了驗(yàn)證，非常可靠。