四軸加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)任意點(diǎn)位的坐標(biāo)系跟蹤.docx

四軸加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)任意點(diǎn)位的坐標(biāo)系跟蹤撰文 / 蘇州萬(wàn)谷科技有限公司 劉永剛一、引言在帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的四軸加工中心上，已知工件上任意 一點(diǎn)的坐標(biāo)及該點(diǎn)法向與機(jī)床 Z 軸的夾角，利用宏程序可 以很快地求出工件旋轉(zhuǎn)任意角度某點(diǎn)的新坐標(biāo)，使刀具能 快速準(zhǔn)確地定位于工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)后的新點(diǎn)位，從而實(shí)現(xiàn)任意 點(diǎn)位的坐標(biāo)跟蹤功能，在該點(diǎn)的法向平面內(nèi)編程，很容易 實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)。在進(jìn)行復(fù)雜工件的多面加工時(shí)，可以 極大地減輕工人的找正強(qiáng)度，同時(shí)又大大簡(jiǎn)化編程，效率 得到大幅提升，具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。的工作強(qiáng)度。如何能讓操作者按圖紙找正工件的基準(zhǔn)，不用考慮工 件旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)位變換，就可以在找正的基準(zhǔn)下的坐標(biāo)系內(nèi)直 接編程，快速地進(jìn)行加工呢？利用宏程序來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)變換， 計(jì)算出工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)任一角度后的點(diǎn)位的新坐標(biāo)，從而使刀 具快速定位于工件上的這一坐標(biāo)點(diǎn)，可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn) 這一點(diǎn)。三、相關(guān)坐標(biāo)系及點(diǎn)位轉(zhuǎn)換如圖 1 所示加工工件時(shí)加工中心的相關(guān)坐標(biāo)系。機(jī)床 坐標(biāo)系是機(jī)床廠家設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)物理原點(diǎn)，一經(jīng)回 參考點(diǎn)，機(jī)床坐標(biāo)系就建立起來(lái)了，它的原點(diǎn)即為機(jī)床的 絕對(duì)原點(diǎn)。工件坐標(biāo)系是以工件上的某一點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo) 系，操作者找正工件后將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)偏 置內(nèi)的值即為工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，它在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐 標(biāo)位置如圖所示為 A1、B1、C1 值。四軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn) 中心（P 旋轉(zhuǎn)）是在機(jī)床中的一個(gè)固定點(diǎn)，它在機(jī)床坐標(biāo)二、四軸加工中心及裝夾特點(diǎn)四軸加工中心，除 X、Y、Z 三軸外，一般有一旋轉(zhuǎn)工 作臺(tái)，立式加工中心為繞 X 或 Y 旋轉(zhuǎn)的 A 或 B 軸。臥式加 工中心為繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)的 B 軸。無(wú)論是立加還是臥加，在加 工時(shí)，工件裝在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，操作者都需要先找正工件， 然后將找正數(shù)值輸入到數(shù)控系統(tǒng)的坐標(biāo)偏置寄存器中，這 樣就確定了一個(gè)工件坐標(biāo)系。然而，不同的零件其形狀、 加工部位和裝夾姿態(tài)不同，所對(duì)應(yīng)的找正基準(zhǔn)也就不同， 所設(shè)定的坐標(biāo)系也是不同的，即工件坐標(biāo)系是隨不同的零 件而隨機(jī)設(shè)定的。但是有一部份工件，其加工部位與找正 基準(zhǔn)所確定的坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)著一定的角度關(guān)系，該角度可能 是一個(gè)變量，且在圖紙上所標(biāo)的基準(zhǔn)往往是找正基準(zhǔn)。操 作者在加工此類工件時(shí)如果沒(méi)有夾具定位，不同的工件需 要找正坐標(biāo)系，每次裝夾都要進(jìn)行細(xì)心繁瑣的計(jì)算，以求 出所加工點(diǎn)位坐標(biāo)與工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心的偏移量，或者通過(guò) 先旋轉(zhuǎn)工件，再找正加工點(diǎn)位面的方法。這樣不僅效率低下， 易出錯(cuò)，而且大量占用了機(jī)床的調(diào)試時(shí)間，增加了操作者圖 1 43 現(xiàn) 代 制 造中的位置也是固定的，其（P 旋轉(zhuǎn)）在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置為 A、B、C 值。故可以求得工件坐標(biāo)系與四軸旋轉(zhuǎn) 中心（P 旋轉(zhuǎn)）的相對(duì)關(guān)系為：a=A-A1 b=B-B1 c=C-C1如 圖 2 所 示， 工 件 上 任 一 點(diǎn) V1 點(diǎn) 繞 旋 轉(zhuǎn) 工 作 臺(tái) 旋 轉(zhuǎn)中心 (P 旋轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)任一角至 V2 點(diǎn)，V2 點(diǎn)的新坐標(biāo)可以分 以 下 三 步 完 成： 將 V1 點(diǎn) 平 移 至 V1 點(diǎn)， 用 圖 形 變 換 原 理可以理解為將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)平移至四軸旋轉(zhuǎn)中心。 V1 點(diǎn) 繞 X 軸 作 d1 角 度 的 旋 轉(zhuǎn)， 可 以 理 解 為 V1 繞 四 軸旋轉(zhuǎn)中心（P 旋轉(zhuǎn)）作旋轉(zhuǎn)。將 V2點(diǎn)移回 V2 點(diǎn)，可 以理解為將工件坐標(biāo)原點(diǎn)從四軸旋轉(zhuǎn)中心移回。這樣只要 通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的宏程序功能，運(yùn)用正余弦運(yùn)算就比較容易 編制出四軸加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)任意一點(diǎn)跟隨坐標(biāo)系的宏 程序。將該宏程序命名為 O9011，同時(shí)將系統(tǒng) NO.6051 號(hào)參數(shù)寫入 123，再以后的加工中則可以直接編寫 G123 調(diào)用 O9011 宏程序，從而實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)位的坐標(biāo)跟蹤。%O9011#999=#1( 將旋轉(zhuǎn)角度值 A 賦值給宏參數(shù) #999)#952=#5302-#5322( 將 G58 坐 標(biāo) 系 Y 值 減 去 G59 坐標(biāo)系 Y 值 )#953=#5303-#5323( 將 G58 坐 標(biāo) 系 Z 值 減 去 G59 坐標(biāo)系 Z 值 )#955=SQRT#951*#951+#952*#952( 求 出 工 件坐標(biāo)原點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心的距離值 R)#956=ASIN#952/#955( 求出工件坐標(biāo)原點(diǎn)在以旋 轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的夾角 )IF#952GE0GOTO9002( 判斷角度旋轉(zhuǎn)方向是否與規(guī) 定旋轉(zhuǎn)軸正方向一致 )N9001#956=180.-#956( 如果不一致取其補(bǔ)角 )2#961=#955*COS#956-#999( 將工件坐標(biāo)系原點(diǎn) 在以旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中向 Y 方向的投影矢量賦值 給宏參數(shù) #961)#962=#955*SIN#956-#999( 將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在 以旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中向 Z 方向的投影矢量賦值給 宏參數(shù) #962)G 1 0 G 9 0 L 2 P 1 X # 5 3 2 1 Y # 9 6 1 + # 5 3 2 2 Z#962+#5323（求出旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)系 G59 的 Y 和 Z 方 向值與工件坐標(biāo)原點(diǎn)在以旋轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系中 各方向投影矢量和，并將之賦值給 G54 坐標(biāo)系）M99%圖 2四、轉(zhuǎn)換坐標(biāo)點(diǎn)的宏程序?yàn)榱瞬僮骱?jiǎn)便，操作者可以利用數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)寄存 器將事先找正的四軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的（P 旋轉(zhuǎn)）坐標(biāo)值輸入 到 G59 坐標(biāo)系，將裝夾好的工件基準(zhǔn)面找正設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度 基準(zhǔn) A0 值并輸入到 G54 坐標(biāo)系的 A 坐標(biāo)中，將要加工的點(diǎn) 位坐標(biāo)輸入到 G58 坐標(biāo)系中。運(yùn)用 G58 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值 減去 G59 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，即得到如圖 1 中所示的 A、B、 C 值，可以理解為已將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)平移至四軸旋轉(zhuǎn)中 心；這時(shí)可以旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)至如圖 2 所示的 d1 角度；再通過(guò) 三角函數(shù)計(jì)算出旋轉(zhuǎn)角度后的直線位移，并疊加到原 G59 坐標(biāo)系中，如圖 2 所示可以理解為將工件標(biāo)系原點(diǎn)從四軸 旋轉(zhuǎn)中心移回新位移的 V2 點(diǎn)。最后調(diào)用系統(tǒng)參數(shù)將經(jīng)過(guò)宏 程序計(jì)算過(guò)的 G59 疊加后坐標(biāo)值重新賦值給 G54 坐標(biāo)中。五、實(shí)際加工應(yīng)用如圖 3 所示零件，在四軸加工中心上需要完成打沉孔， 鉆深孔等工序，利用各孔位與 A0 基準(zhǔn)面的角度關(guān)系和尺寸 關(guān)系，通過(guò)點(diǎn)位坐標(biāo)系跟蹤的宏程序，只要一次找正 A 面， 即可準(zhǔn)確地定位其它各點(diǎn)的坐標(biāo)與刀具的相對(duì)位置，在實(shí) 際生產(chǎn)中獲得了較高的尺寸精度和生產(chǎn)效率。其加工程式 在四坐標(biāo)加工中心 2033VMC 上經(jīng)過(guò)加工驗(yàn)證，程序如下。%O0011G91 G28 Z0; 44 IMModern ManufacturingM8;G83 Z-65. Q1. R-60. F150; G80;T2 M6；( 合金鉆 D=5)G0 G90 G43 H2 Z130. S1500 M3; M8;G83 Z-130. Q3. R-70. F150; G80;M99;%圖 3G0 G90 G54;G123 A220.568;G0 G90 G54 X0 Y-116. A220.568 ; M98 P0001;G91G28Z0; M01;G0 G90 G54; G123 A40.568;G0 G90 G54 X0 Y-126.88. A40.568 ; M98 P0002;G91G28Z0; M01;G0 G90 G54; G123 A310.568;G0 G90 G54 X0 Y130. A310.568 ; M98 P0003;G91G28Z0; M01;G0 G90 G54; G123 A275.568;G0 G90 G54 X0 Y0 A275.568 ; M98 P0004;G91G28Z0; G28Y0; M30;%O0002T3 M6；( 雙刃銑刀 D=15)G0 G90 G43 H3 Z230. S600 M3; M8;G83 Z175. Q1. R185. F90; G80;T4 M6；( 合金鉆 D=9)G0 G90 G43 H4 Z230. S1000 M3; M8;G83 Z145. Q2. R180. F100; G80;M99;%O0003T5 M6；( 雙刃銑刀 D=14)G0 G90 G43 H5 Z60. S800 M3; M8;G83 Z-101. Q1. R-95. F80; G80;T6 M6；( 合金鉆 D=8.6)G0 G90 G43 H6 Z230. S1000 M3; M8;G83 Z-120. Q2. R-99. F100; G80;M99;%O0001T1 M6；( 雙刃銑刀 D=10)G0 G90 G43 H1 Z130. S1000 M3; 45 IM現(xiàn) 代 制 造%O0004T7M6；( 雙刃銑刀 D=10)G0 G90 G43 H7 Z100. S1200 M3; M8;G83 Z20. Q1. R70. F120; G80;T8 M6；( 合金鉆 D=5)G0 G90 G43 H8 Z100. S1500 M3; M8;G83 Z-141.61. Q1. R60. F100; G80;M99;%CAD雜志官方微信六、結(jié)語(yǔ)在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)宏程序?qū)崿F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)工作 臺(tái)上任意點(diǎn)位的坐標(biāo)跟蹤具有較強(qiáng)的實(shí)際意義，體現(xiàn)出以 下優(yōu)勢(shì)。（1）簡(jiǎn)化計(jì)算，簡(jiǎn)化編程。 避免了在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中旋轉(zhuǎn) CAD 模型，以求得各點(diǎn)位的坐標(biāo)，也省去了使用計(jì)算機(jī)輔助制造軟件編 制 CAM 刀具路徑，只需要手工編程的方式就可達(dá)到目的， 節(jié)省了投入和時(shí)間，大幅提高編程效率。（2）提高找正效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 一次裝夾只需一次找正一個(gè)基準(zhǔn)面，再根據(jù)圖紙尺寸關(guān)系和角度關(guān)系，即可準(zhǔn)確定位刀具在其它點(diǎn)位的坐標(biāo)， 避免了因不同加工面而采用不同的找正基準(zhǔn)的方式來(lái)加工， 極大地減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)大大減少了停機(jī)