通過坐標系自動轉換程序解決凹球面加工

梁驪龍，丁巖，王曉東

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

1 編程原點轉換問題

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

待加工零件為汽輪機轉子分度專機上兩端支撐轉子的支架（圖1），其內側設計有油兜群，以提供靜壓浮起支撐軸瓦的條件。油兜群的加工由帶有回轉臺TK6513B 數控刨臺鏜完成（圖2）。該機床按國標配置坐標系統。

編制加工中部的油兜程序時，刀具軸線垂直于已加工的前端面（如圖3 所示狀態），可以正常完成加工。但加工圖1 兩邊的油兜時，如果刀具軸線仍然垂直于前端面，在考慮了鏜軸及刀柄的因素后，CAM 軟件為了躲避鏜軸與零件干涉（圖4），油兜面部分無刀具軌跡生成（圖5）。為了完成加工，在CAM軟件端將刀具軸轉過35°刀柄、鏜軸無碰撞情況出現（圖6、7）。

根據TK6513 機床結構配置情況，軟件中旋轉刀軸的工作在該機臺上需要由轉臺B 軸旋轉來實現。而旋轉工作臺引入了以下問題：編程原點的位置及方向隨著工件的轉動也發生了改變，同時在CAM 端參數做相應修改。

以往找到轉過后的編程原點通常是直接在工件上對刀的方式，或者將工件放置于特定位置，同時將編程零點設置在轉臺的中心，使編程原點在回轉過程位置不變。

第一種方式對刀時，需要工件自身有可找到的精基準（如圓柱面），而此零件在加工中間油兜時的編程坐標系設置在了兩直邊的交點上（圖7工件的右下角處）。當轉過35°后將無法精確找到該點。第二種方式和專用工裝一起配合使用，這樣對于小批量加工并不經濟。

圖6

圖7

為此，提出開發工件任意位置安夾工件旋轉后自動跟蹤編程原點的程序，同時配合CAM 軟件中進行相應參數協調的方式完成該件的自動加工。最終實現：工件任意位置安夾→定第一個加工原點→運行加工中間部分凹球面程序→運行跟蹤原點程序→運行加工兩側球面程序的自動加工過程。

2 問題的解決過程

2.1 UG 端的設置

在UG 編程時應該將編程坐標系轉35°，與機床坐標系配置坐標系方向保持一致。在幾何父節點中編輯MCS，動態轉動編程坐標系轉過35°；同時在操作父節點中編輯固定軸輪廓銑操作，通過機床選項來定義刀具軸方向，刀具軸選擇ZM+重生刀軌。如圖8 所示。其中淺灰色部分表示轉臺及工件回轉后加工兩側凹球面的的狀態，深灰色部分表示為工作臺轉前即加工中間凹球面時的狀態。

圖8

2.2 西門子840D 數控系統端的程序開發

2.2.1 總體構架的確定

圖9

分析工況抽取模型：轉動前后編程原點在工件上的位置不變，它始終圍繞著轉臺中心旋轉：圖9中a 點是G54（轉前）工件坐標系原點，b 點是G55（轉后）工件坐標系原點。

圖10

840D 坐標系統的結構為（圖10）：MCS→BCS→BZS→SZS→WCS在銑床版中各坐標系間為累加的關系。其中的G54、G55為SZS 即可設置的坐標系，對應圖9的a、b 點。當編程框架變量為0 時SZS與WCS 重合。機床不涉及到運動學變換，故BCS 與MCS 重合。根據機床配置情況，對坐標系進行了如圖11 所示的分配。

圖11

坐標系的移動（偏移）實現方式為：偏移數值只可在界面上輸入或通過框架變量賦值。為了自動找到偏移數值，可用G54在JOG 方式下，通過對刀功能找到工作臺中心偏移數值，最后通過賦值命令，將G54中的偏移數值傳遞給BZS 框架變量，從而將BZS 移動至回轉臺中心。完成基本坐標系偏移后，G54 JOG 方式下，通過對刀功能實現WCS 偏移至工件上。

2.2.2 完成MCS 到BZS的偏移

（1）用檢棒及量塊，在JOG 下通過對刀功能將G54精確地設置在工作臺回轉中心上。

（2）在MDi 下通過運行$p_ubfr=$p_uifr［1］程序段，將G54 表格中的數值轉移至base中，從而完成了將BZS平移到了工作臺回轉中心。

（3）將G54 偏移表格中的數值清0。在MDi 執行G500 命令。此時BZS坐標系被激活，至此G54的偏移不再參照MCS 了，而是BZS 即轉臺中心。

2.2.3 完成BZS 到WCS的偏移

圖12

在轉臺上，任意位置安夾工件。找正各直面后面后，在JOG 對刀功能下設置G54，X、Y、Z、B 各軸清零。

圖13

此時G54 偏移界面中的各偏移值均為相對于BZS 了，即形成了圖13的關系：a 點的X、Z坐標值是G54 偏移界面中的各偏移值。

2.2.4 編制跟蹤編程原點的程序

（1）設置全局用戶變量GUD新建GUD4.def，在.def 文件編輯中定義。

圖14

def nck frame CTWENTY ；定義一個框架變量（在NCK 范圍內有效，下同）用于儲存坐標系偏移的方式

修改后保存，激活GUD4 全局變量。

圖15

（2）明確級聯運算符：（chaining operator）及框架變量的關系，符號“：”是用于框架變量間的變換合成符號。

（3）將G54 坐標系偏移到新的位置（b點）框架變量$p_uifr［1］（BZS 到G54的變換）：框架變量CTWENTY（G54 到轉過35°后位置

的變換）合成為BZS 到轉過35°后的點（b 點）位置變換。程序段如下：

執行該程序，至此G54 坐標系就偏移到了轉過35°的新的位置了，為了不與原坐標系沖突，將新位置設為G55。達到了最初設想的目的。

2.3 整合所有程序并完成加工

最后將跟蹤原點程序封裝為帶有參數傳遞的子程序，在加工兩側凹球面前運行一次該子程序。通過組織UG 和該子程序，實現一次裝夾、一次設定坐標系，機床自動完成各凹球面的加工。

3 結語

通過對CAM 與840D 協同應用，使零件的精確、高效加工成為可能，減少了人的工作強度并提高了加工精度。