立臥兩用加工中心坐標自動計算及主軸頭自動分度方法

凌忠波

浙江金火科技有限公司 浙江杭州 311411

1 序言

我公司使用西班牙尼古拉斯DIANA MG-20床身式立臥兩用加工中心加工車床底座類箱體零件。此機床通過高精度多面體分度銑頭，可在工件一次裝夾的情況下實現立式和臥式加工，一次裝夾完成5面加工，提高效率達到一機兩用的效果。機床行程X、Y、Z：2 000mm×1 000mm×1 000mm；C軸為直徑1 000mm回轉工作臺，360°分度；主軸頭萬能頭每等分2.5°；C軸回轉范圍：±180°。

加工中存在的問題：此機床雖然加工靈活，但操作者需要找出的坐標系繁多，如果每個面都用尋邊器去找坐標，不僅效率低下而且誤差大，不能保證加工精度；萬能主軸頭旋向和C軸轉臺旋向如果跟坐標系不匹配，還容易出現撞刀或導致工件報廢。因此，編制宏程序讓機床自動分度計算坐標，是此機床能正常運行的核心。

解決思路：①根據機床特性規定加工方式，固定各加工方式下坐標名稱及位置。②找出一個基準點，利用宏程序完成其他旋轉面坐標的自動計算。③利用宏程序，使主軸頭根據坐標系自動判斷萬能主軸頭旋向和C軸自動旋向，并自動分度定位。

2 確定加工方式

據此機床的特點，結合本公司產品的特性（矩形箱體），為方便統一后期的加工方式，故規定如圖1所示的3種加工模式。

圖1 加工模式

為方便后期編程管理，在3種加工模式的基礎上，細分規定了8種坐標位置和G代碼（見圖2、圖3和圖4），度數均指轉臺C的旋轉度數。由于本公司產品為矩形箱體零件，立加方式下90°和270°加工行程有干涉，故不考慮。

圖2 立加方式坐標位置和G代碼

圖3 側臥加方式坐標位置和G代碼

圖4 臥加方式坐標位置和G代碼

3 坐標計算及宏程序編制

首先建立基準原點：在回轉臺0°時，設矩形工件左下角點為程序基準原點，其余8個坐標均由此點變換得到。各坐標系原點均為立加形式下的X、Y坐標，各加工方式通過840D系統自帶指令“CYCLE800……”完成坐標旋轉。

基準原點X、Y、Z坐標在程序中分別用變量R24、R25、R26表示，當裝夾位置變動時，變量可以更改；工件長、寬、高分別用R1、R2、R5表示，當工件大小變動時，變量可以更改；回轉臺X、Y坐標分別用R3、R4表示，每臺機床有自己的回轉中心坐標，變量可以更改。

由以上幾何關系可知：R24、R25、R3和R4均為負值，因為坐標在坐標軸負方向，所以實際長度取負。各原點及變量示意如圖5所示。

圖5 各原點及變量示意

從圖5可知，a＝－R24－（－R3）＝R3－R24，b＝R1－a＝R1－R3＋R24，c＝－R25－（－R4）＝R4－R25，d＝R2－c＝R2－R4＋R25。

結合圖6，可得到8種狀態下各G代碼原點的X、Y坐標公式。以G54、G55、G56為例，G54：X＝R24，Y＝R25；G55：X＝－（－R3＋c）＝R3－R25＋R4，Y＝－（－R4＋a）＝R4＋R24－R3；G56：X＝－（－R3－b）＝R24＋R1，Y＝－（－R25）＝R25。

按各坐標關系推導出所有坐標系關系式，得到坐標自動計算子程序如下。

L8000

R41=R24；（存儲G54坐標）

R42=R25

R43=R26+R5

R51=R3-R25+R4；（存儲G55坐標）

R52=R4+R24-R3

R53=R26

R61=R24+R1；（存儲G56坐標）

R62=R25

R63=R26

R71=R3+R25-R4+R2；（存儲G57坐標）

R72=R4-R24+R3-R1

R73=R26

R81=R3-R24+R3；（存儲G58坐標）

R82=R4+R4-R2-R25

R83=R26

R45=R3-R24+R3-R1；（存儲G554坐標）

R46=R4+R4-R2-R25

R47=R26+R5

R55=R3-R24+R3；（存儲G555坐標）

R56=R4+R4-R25

R57=R26

R75=R24+R1；（存儲G557坐標）

R76=R25+R2

R77=R26

$P_UIFR[1]=CTRANS(X,R41,Y,R42,Z,R43)；（把儲存器變量放入G54坐標系）

$P_UIFR[2]=CTRANS(X,R51,Y,R52,Z,R53)；（把儲存器變量放入G55坐標系）

$P_UIFR[3]=CTRANS(X,R61,Y,R62,Z,R63)；（把儲存器變量放入G56坐標系）

$P_UIFR[4]=CTRANS(X,R71,Y,R72,Z,R73)；（把儲存器變量放入G57坐標系）

$P_UIFR[5]=CTRANS(X,R81,Y,R82,Z,R83)；（把儲存器變量放入G58坐標系）

$P_UIFR[54]=CTRANS(X,R45,Y,R46,Z,R47)；（把儲存器變量放入G554坐標系）

$P_UIFR[55]=CTRANS(X,R55,Y,R56,Z,R57)；（把儲存器變量放入G555坐標系）

$P_UIFR[57]=CTRANS(X,R75,Y,R76,Z,R77)；（把儲存器變量放入G557坐標系）

M17；（子程序結束）

4 主軸轉頭和C軸自動回轉宏程序

根據各坐標系相應的C軸分度位置以及萬能主軸頭旋向可得到以下分度宏程序。

L8010

IF R1==54 GOTO N54；（判斷使用坐標系，選擇相應程序段號）

IF R1==55 GOTO N55

IF R1==56 GOTO N56

IF R1==57 GOTO N57

IF R1==58 GOTO N58

IF R1==554 GOTO N554

IF R1==555 GOTO N555

IF R1==557 GOTO N557

M17

N54；（跳轉到所在坐標系下的段號）

;(G54)

D0；（取消刀補）

CYCLE800()；（取消坐標旋轉）

G153G0 Z0；（機床到安全位置準備換頭）

G153G0 X2000

G153G0 Y-1000

G54；（提取相應坐標系）

M5；（主軸停止）

CYCLE800(0,”UD G”,100000,39,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-1,100,1)；（主軸分度成立加方式，并將G54坐標旋轉）

G1C0F1500；（轉盤C自動分度0°）

D1；（帶入刀補）

M17；（循環結束）

跳轉到其他坐標系的程序與之類似。具體的加工編程舉例如下。

N20 R24=520.1 R25=-884.9 R26=-909.657；（工件原始基準點坐標，工人用尋邊器找出）

N30 R1=1035. R2=760. R5=678.5；（工件長寬高）

N40 R3=1023.818 R4=-544.127；（機床回轉點坐標用尋邊器找出）

N50 L8000；（調子程序L8000自動運算出8個坐標系）

N60 M0

N100G17 G40 G00

T1M6 ;(DIA100)；（換刀）

R1=554；（選擇坐標系）

L8010；（調子程序L8010主軸頭自動分度；C軸自動回轉）

G0G90G554X100Y220；（加工程序）

S500M3……

N200G17 G40 G00

T6M6 ;(DIA40)

R1=55；（選擇坐標系）

L8010；（調子程序L8010主軸頭自動分度；C軸自動回轉)

G0G90G55X100Y220

……

M30

5 實際運用效果

通過L8000、L8010宏程序，工人只需找出首件工件左下角原點坐標，機床便可自動完成所有坐標計算；主軸分度、C軸分度都自動完成，方便了后期編程；主軸轉頭和C軸分度盤每次自動停在安全位置，轉向安全。對于此類方體零件，編程人員只需按規定坐標系位置進行軟件編程，后處理調用此宏程序，便可達到通用目的。

經長期加工驗證，此方法加工精度高，各加工面位置度好，零件更換操作簡單，大幅度提升了機床的性能和加工效率。本文所述坐標系自動計算法與主軸頭自動分度法，對各類立臥兩用加工中心均具有借鑒作用。