使用西門子828D系統設置工件原點

■天津職業技術師范大學實訓中心　（300222）　何　　欣

使用西門子828D系統設置工件原點

■天津職業技術師范大學實訓中心（300222）何欣

摘要：西門子828D數控系統采用了西門子最新設計的人機交互界面——Sinumerik Operate。與以前的802D sl系統相比，更加人性化，更加突出了機床操作的便利性。尤其是在設置工件原點方面，專門設計了多種帶有動畫向導的手動及自動工件測量方式，可以方便、快捷地實現工件的找正。

在銑削加工中，工件坐標系原點的確定是非常關鍵的步驟。確定了工件原點也就確定了工件在機床上裝夾的位置，數控加工編程人員在編制NC加工程序時，就可以用工件坐標系來確定刀具和程序的起點。工件坐標系的原點可由編程人員任意確定，但工件坐標系坐標軸的方向應與機床坐標系一致并且與之有確定的尺寸關系。選擇一個適合的位置作為加工的基準，即工件坐標系的原點，既可以簡化加工編程的工作量，又可以提高加工的精度。

通常，把確定工件原點的過程稱之為找正。所謂“找正”，即是在工件上找到一個適合的位置作為加工基準，并將其設置為工件坐標系的原點。當工件在機床上固定好以后，工件原點與機床原點也就有了確定的位置關系，即兩坐標原點的偏差就已確定。這就要測量工件原點與機床原點之間的距離。這個偏差值通常是由機床操作者使用“工件探頭”或“尋邊器”通過“測量工件”、“設置零偏”等方式完成的。該偏差值通常存儲在數控系統的零偏表中，在加工時工件原點與機床原點的偏差值便自動疊加到工件坐標系上，使數控系統按照機床坐標系確定工件的實際坐標，實現零件的自動加工。

西門子系統在手動方式下，借助水平軟鍵【測量工件】就可以輕松實現工件坐標系找正的工作。只需要在人機界面中設定簡單的數據，按【循環啟動】鍵即可快速便捷地完成該項功能，有效地縮短了輔助工藝準備所需時間。但是，在測量工件之前必須首先激活測量所用的刀具。刀具被激活后，再進行“測量工件”的操作時，系統便可自動利用刀具長度和半徑參數計算出主軸中心與工件原點重合時的位置。

在測量工件之前必須預先激活測量所用刀具，這是西門子828D系統獨有的特點，因為在這款系統中集成了刀具管理功能。數控系統可以根據測量的位置和刀具的長度及半徑信息自動測算工件坐標系零點的位置，并自動送入系統零偏表。其他的數控系統雖然不要求預先給出刀具的信息，但是在進行工件找正的某些過程中計算工件坐標系數值時，需要人為考慮刀具半徑的因素。尋邊找正時選取工件的內、外邊沿，應對刀具半徑數值進行相應的加、減處理。

在西門子828D系統的標準版中，預置了以下5種基本的測量工件方式：①單點測量——邊沿。②兩點測量——校準邊沿。③三點測量——直角拐角。④四點測量——1個圓形凸臺。⑤四點測量——1個孔。

1.【邊沿】功能

“邊沿測量”功能：這是一種單個點位的測量功能，用于測量工件邊沿在X和Y軸上的位置，以及工件上表面Z軸位置的測量。由于要用已知“刀長”的刀具在工件上平面測量，所以在測量工件的零平面前要先使用對刀儀進行刀具長度的測量。

（1）以測量工件Z向零平面為例：選用已知“刀長”的4號f10mm立銑刀，通過“Z軸設定器”將工件上表面設定為工件零平面。如圖1所示。①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】 按

鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【測量工件】。④按操作面板上的垂直軟鍵【邊沿】，操作面板上的垂直軟鍵彈出【X】【Y】【Z】軸選擇按鍵，選擇【Z】。⑤在【測量：邊沿】窗口中：如圖2所示。選擇測量結果處理方式：按【方向選擇】按鍵盤中的【上下方向鍵】選擇【零偏】，測量結果會自動送入零偏表的中。按【方向選擇】按鍵盤中的【上下方向鍵】選擇【G54】，測量結果存入第一工件坐標系。測量方向只能選擇（-）：從Z軸正方向往負方向接觸被測工件，否則會與刀桿發生干涉。在人機對話窗口中“Z0”后面輸入“Z軸設定器”的高度：50。⑥按操作面板上的垂直軟鍵【設置零偏】 ，觀察【測量：邊沿】窗口中“零偏值”Z=-340.121mm，為工件上表面在機床機械坐標系中的位置；“測量值”Z0=49.998mm，為立銑刀的底端距離工件零平面之間的距離，近似為509mm見圖3）。

（2）檢查零偏表，確認Z向零偏是否已經設置成功：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按鍵盤上的【參數】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【零偏】。④按操作面板上的垂直軟鍵【有效】，顯示在G54中的Z值為-340.121mm，如圖4所示，與圖3中的“零偏值Z－ 340.121mm”正好相對應。

圖1

圖2

圖3

圖4

2.【校準邊沿】功能

校準邊沿是通過對某一邊沿上的兩個點進行測量（見圖5、圖6），從而得到工件邊沿與機床坐標軸的夾角并自動補償。SIEMNES 828D系統在工件裝夾后 ，如果工件邊沿與機床坐標軸間存在夾角，則不需要對其進行拉直操作。在加工大型、復雜型工件時，由于工件體積較大、不易移動，所以對工件進行拉直找正尤其費時、費力。若使用“校準邊沿”功能則能大大提高工件找正的效率。而其他數控系統沒有“校準邊沿”功能，只好預先測量“工件邊沿”與機床坐標軸之間的夾角或是對工件進行校直操作。

圖5

圖6

（1）下面以3D探頭的應用為例，使用“3D探頭”及“校準邊沿”功能測量工件X軸與機床坐標X軸的夾角。①按機床控制面板上的【手動方式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【測量工件】。④按操作面板上的垂直軟鍵【校準邊沿】。⑤在【測量：校準邊沿】窗口中：如圖7所示，選擇測量軸處理方式：按軟件選擇【零偏】。在測量方式中選擇“零偏”，然后選擇G54。如圖在測量軸中選擇需要的軸以及測量方向（+Y）。輸入工件邊沿與基準軸之間的【設定角】α=0。⑥將3D探頭分別移動到P1和P2點附近，按控制面板上的【循環啟動】鍵。因為刀具選擇為“3D探頭”，所以機床會分別自動完成保存P1和保存P2的動作，如圖7所示。按軟件【設置零偏】，數值進行計算并儲存到G54中，顯示工件邊沿與基準軸的夾角α，并激活相應零偏即旋轉角度。測量后的結果如圖8所示。

（2）檢驗：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按鍵盤上的【參數】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【零偏】。④按操作面板上的垂直軟鍵【詳細資料】，顯示在G54中的Z的“旋轉角度”為-0.161°，如圖9所示。

（3）注意：①P1點在被測

邊沿左邊，P2點在被測邊沿右邊，二者切勿顛倒位置。②依照被測邊沿的長度P1與P2的間距越大，測量出的結果越精準。③測量軸判斷：+Y表示刀具沿著Y軸，從負向往正向去接近工件。④設定角：如果設定角為0，意味著測量工件坐標軸與機床坐標軸之間的夾角，如果設定角不為0，則測量工件坐標軸與旋轉相應角度后的機床坐標軸之間的角度。

圖7

圖8

圖9

3. 【直角拐角】功能

直角拐角測量，對工件的某個為直角的內角、外角進行三點測量。一舉兩得即可以得到工件坐標（G54）又可得到工件與機床坐標軸夾角。直角拐角測量包含了校準邊沿功能（見圖10）。

操作步驟如下：

（1）使用“尋邊探頭”及“直角拐角”功能測量工件左下角的兩邊沿并得到工件的旋轉角度。①按機床控制面板上的【手動方式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】 按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【測量邊沿】。④按操作面板上的垂直軟鍵【直角拐角】。⑤在【測量：直角拐角】窗口中：如圖11所示，選擇測量軸處理方式：按軟件選擇【零偏】。按軟件【零偏選擇】進入零偏列表，移動光標選擇指定的零點偏移，然后按軟件【選擇零偏】（G55）。如圖在【角】中，然后按軟件【選擇零偏】鍵，選擇：外角。如圖在【位置】中，然后按軟件【選擇零偏】鍵，因為要對左下角進行測量，所以位置選擇：位置一。如圖在【X0】 【Y0】中，X0=0 Y0=0。其中，X0、Y0中輸入的數值為“工件零偏“G55與實際測量的左下角的相對距離。⑥如圖10b所示，手動完成P1點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P1】。⑦如圖10c所示，手動完成P2點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P2】。⑧如圖10d所示，手動完成P3點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P3】。⑨按控制面板上的【循環啟動】鍵。系統自動完成計算并儲存到G55中，測量后的結果如圖12所示。

圖10

圖11

圖12

（2）檢驗：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按鍵盤上的【參數】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【零偏】。④按操作面板上的垂直軟鍵【詳細資料】，顯示在G55中的X值、Y值、旋轉角度與圖12的“零偏值”一致。如圖13所示。

圖13

4. 【1個圓形凸臺】功能

使用尋邊器通過觸碰圓形凸臺上的4個點找到圓臺中心。但是這個功能僅適用于測量圓形工件的中心，并不能用于測量矩形工件的中心（見圖14）。

操作步驟：

（1）激活刀具“尋邊探頭”，利用“1個圓形凸臺”功能測量圓臺工件中心，數據存入“零偏”G55。①按機床控制面板上的【手動方式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】 按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【測量邊沿】。④按操作面板上的垂直軟鍵【1個圓形凸臺】。⑤在【測量：1個圓形凸臺】窗口中：如圖15所示，選擇測量軸處理方式：按軟件選擇【零偏】。按軟件【零偏選擇】進入零偏列表，移動光標選擇指定的零點偏移，然后按軟件【選擇

零偏】（G55）。如圖在【X0】【Y0】中，X0=0Y0=0。其中，X0、Y0中輸入的數值為“工件零偏”G55與實際測量的左下角的相對距離。⑥如圖14a，手動完成P1點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P1】。⑦如圖14b，手動完成P2點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P2】。⑧如圖14c，手動完成P3點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P3】。⑨如圖14d，手動完成P4點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P3】。⑩按控制面板上的【循環啟動】鍵。系統自動完成計算并儲存到G55中，測量后的結果如圖16所示。

（2）檢驗：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按鍵盤上的【參數】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【零偏】。④按操作面板上的垂直軟鍵【詳細資料】。如圖17顯示在G55中的X值、Y值的“零偏值”與圖16的測量值一致，并且如圖16測量完的圓臺直徑為f97.981mm與圓臺的理論直徑值f98mm對應。

（3）注意：①P1、P2、P3、P4點應盡可能逼近圓周上的型值點。②P1與P2的Y值相等；P3與P4的X值相等。③P1、P2、P3、P4點的位置不能互換。

圖14

圖15

圖16

圖17

5. 常用的擴展測量功能【矩形凸臺】

矩形凸臺測量功能可以通過對工件上的4個邊沿進行間距測量，自動計算出矩形工件中心位置，并設定工件“零偏”，不需要計算坐標數值和刀具半徑等參數，使用起來更加方便、靈活。但是“矩形凸臺”測量功能不能用于測量圓形凸臺的中心。

下面以使用3 D探頭對98mm×98mm×30mm的六面體工件進行測量為例，通過工件的4個邊沿進行設置“零偏”操作，找到工件上表面的中心并自動設置“零偏”G54（見圖18）。

操作步驟如下：

（1）新建參考刀具（3D探頭）。

（2）激活參考刀具（3D探頭）。

（3）使用“矩形凸臺”測量和“尋邊探頭”對六面體工件中點進行測量，得到中點及“零偏”G54。①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】 按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【測量邊沿】。④按操作面板上的垂直軟鍵【矩形凸臺】。⑤在【測量：直角拐角】窗口中：如圖19所示，選擇測量軸處理方式：按軟件選擇【零偏】。按軟件【零偏選擇】進入零偏列表，移動光標選擇指定的零點偏移，然后按軟件【選擇零偏】（G54）。輸入工件長度L：98mm，寬度W：98m m，“3D探頭”測量深度DZ：8mm。如圖在【X0】【Y0】中，X0=0Y0=0。其中，X0、Y0中輸入的數值為“工件零偏”G54與實際測量的左下角的相對距離。⑥按控制面板上的【循環啟動】鍵。系統便會自動完成“矩形凸臺”測量，并自動計算“零偏”。如圖20所示，測量得到工件長度L：98.094mm，寬度W：97.907mm與工件長度對應但稍有偏差。

圖18

6.手動測量功能綜合應用實例

工件，第一層矩形凸臺輪廓，使用“校準邊沿”功能在工件的P1、P2兩點進行“校

準邊沿”測量，得到第一層68mm×68mm×10mm矩形凸臺輪廓旋轉角度（見圖21）。

圖19

圖20

圖21

（1）新建刀具（尋邊探頭）：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按鍵盤上的【參數】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【刀具清單】后，用【方向選擇】按鍵盤中的【上下方向鍵】，找一個空的刀位1。④單擊操作面板上的垂直軟鍵【新刀具】，就會彈出【收藏】窗口⑤用【方向選擇】按鍵盤中的【上下方向鍵】找到“尋邊探頭”，按操作面板上的垂直軟鍵【確認】在【刀具表】中，輸入半徑：2mm，如圖22所示。

（2）激活刀具并調用到主軸（尋邊探頭）：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】 按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【T,S,M】。④按操作面板上的垂直軟鍵【選擇刀具】 用【方向選擇】按鍵盤中的【上下方向鍵】選1號刀具，按操作面板上的垂直軟鍵【選定刀具】，則“尋邊探頭”被選中，如圖23所示。⑤按控制面板上的【循環啟動】鍵。⑥觀察操作面板的“T,F,S”窗口，則“尋邊探頭”被裝夾到主軸上且相關參數被激活。

（3）使用“尋邊探頭”及“校準邊沿”功能測量工件Y軸方向一邊沿與機床坐標軸的夾角：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】 按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【測量邊沿】。④按操作面板上的垂直軟鍵【校準邊沿】。⑤在【測量：校準邊沿】窗口中：如圖22所示。選擇測量軸處理方式：按軟件選擇【零偏】。按垂直軟鍵【零偏選擇】進入零偏列表，移動光標選擇指定的零點偏移，然后按軟鍵【選擇零偏】（G55）。如圖22、23所示在測量軸中選擇需要的軸以及測量方向（+Y）。輸入工件邊沿與基準軸之間的【設定角】α=0。⑥如圖22，手動完成P1點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P1】。⑦如圖23所示，手動完成P2點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P2】。⑧按垂直軟件【設置零偏】，計算后顯示工件邊沿與基準軸的夾角α=45°，如圖23所示。彈出【激活】窗口：現在是否激活零點偏移G55按垂直軟鍵【取消】，則G55不被激活，但測量后的數值α=45°被自動保存到零點偏移G55中。按垂直軟鍵【確認】，則G55被激活，且測量后的數值α=45°被自動保存到零點偏移G55中。

（4）檢驗：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按鍵盤上的【參數】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【零偏】。④按操作面板上的垂直軟鍵【詳細資料】，顯示在G55中旋轉角度與圖23的“零偏值”一致。如圖24所示。

圖22

圖23

圖24

工件，第一層矩形凸臺輪廓，使用“矩形凸臺”功能在工件的P1、P2、P3、P4四點進行“矩形凸臺”測量，得到第一層68mm×68mm×10mm矩形凸臺輪廓的中心位置。如圖25所示。

操作步驟：

（1）新建并激活參考刀具

（尋邊探頭）：略。

圖25

（2）使用“尋邊探頭”及“矩形凸臺”功能測量工件第一層輪廓，矩形凸臺中心位置得到“零偏”G55。①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按機床控制面板上的【加工】 按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【測量邊沿】。④按操作面板上的垂直軟鍵【矩形凸臺】。⑤在【測量：直角拐角】窗口中：如圖26所示。選擇測量軸處理方式：按軟件選擇【零偏】。按軟件【零偏選擇】進入零偏列表，移動光標選擇指定的零點偏移，然后按軟件【選擇零偏】（G55）。如圖在【X0】 【Y0】中，X0=0 Y0=0。其中，X0、Y0中輸入的數值為“工件零偏”G54與實際測量的左下角的相對距離。⑥如圖25a，手動完成P1點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P1】。⑦如圖25b，手動完成P2點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P2】。⑧如圖25c，手動完成P3點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P3】。⑨如圖25d，手動完成P4點測量，按操作面板上的垂直軟鍵【保存P4】。⑩按垂直軟件【設置零偏】，計算后顯示工件“零點偏移”，如圖26所示。測量得到工件長度L：67.9mm，寬度W：67.9mm與工件長度對一個但稍有偏差。

（3）檢驗：①按機床控制面板上的【手動式】 按鍵。②按鍵盤上的【參數】按鍵。③按操作面板上的水平軟鍵【零偏】。④按操作面板上的垂直軟鍵【詳細資料】，顯示在G55中旋轉角度與圖27的“零偏值”一致，如圖28所示。

西門子828D控制器全新的人機交互界面的確擁有非常強大的操作性能。只需通過對話式的窗口，輸入必要的幾何參數、按下相應的軟鍵，就能輕而易舉地完成對刀的工作。

圖26

圖27

圖28

收稿日期：（20150217）