基于宏程序的臥加多面加工工件坐標(biāo)系的自動轉(zhuǎn)換研究

史曉亮 陳永東

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司 陜西 西安 710117

1 技術(shù)背景

汽車變速器殼體類零件存在多個方位的加工特征，利用臥式加工中心一次裝夾，可以同時加工，避免多次裝夾帶來誤差。但是，對于臥加多方位加工，為了編程方便，通常采用在不同角度分別手動測量建立工件坐標(biāo)系的方法。

各坐標(biāo)系之間相互獨立，沒有關(guān)聯(lián)，由于手動測量存在誤差，導(dǎo)致調(diào)試新品第一件同軸度、位置度等往往不合格，造成首件廢品，待首件加工完成后根據(jù)測量報告調(diào)整坐標(biāo)系，引入測量誤差，導(dǎo)致反復(fù)調(diào)整，調(diào)試廢品增多，成本高。而且，各加工面手動分別建立坐標(biāo)系，操作煩瑣，待機時間長，效率低[1]。

由于臥式加工中心工件繞B軸旋轉(zhuǎn)，各加工面工作原點之間位置關(guān)系相對固定，因此可充分發(fā)揮四軸機優(yōu)勢，利用用戶宏程序算法，自動計算B軸旋轉(zhuǎn)后工件坐標(biāo)系原點坐標(biāo)，無需將工件基準(zhǔn)點裝夾在工作臺的回轉(zhuǎn)中心，便可實現(xiàn)多面加工坐標(biāo)原點自動偏置，即工作臺旋轉(zhuǎn)后，工件坐標(biāo)系自動補償。

2 建立坐標(biāo)變換幾何模型

在建立各加工面工件坐標(biāo)系之前，首先確定工件或夾具上一點作為工件基準(zhǔn)點（如夾具對刀塊中心或工件定位銷孔中心），由圖紙或工藝尺寸不難得到工件基準(zhǔn)點至工件坐標(biāo)系原點的相對坐標(biāo)。B軸旋轉(zhuǎn)后，工件基準(zhǔn)點的坐標(biāo)變換關(guān)系可通過建立幾何模型推導(dǎo)，幾何模型推導(dǎo)過程如下：

如圖1，臥式加工中心水平平面內(nèi)機床坐標(biāo)系XOZ，O點為機床原點，A為工作臺旋轉(zhuǎn)中心，P為工件基準(zhǔn)點，PB垂直AB于B,,PA與X軸正向夾角為α，P繞A旋轉(zhuǎn)θ角度后得P1點，P1C垂直AC于C。設(shè)在機床坐標(biāo)系下，A點坐標(biāo)為（a，b，c），P點坐標(biāo)為（x，y，z），P1點坐標(biāo)為（x1，y1，z1），如圖1。

特殊的，當(dāng)點A與點B重合，x=a，且z＞c，∝=90°；

特殊的，當(dāng)點A與點B重合，x=a，且z＜c，∝=270°；

特殊的，當(dāng)點P與點A重合，x=a，且z=c，∝=0。

另外，P點旋轉(zhuǎn)至P1點，Y軸坐標(biāo)不變，即y1=y。

3 測定工作臺回轉(zhuǎn)中心

點A在機床坐標(biāo)系下的X軸坐標(biāo)a、Z軸坐標(biāo)c的測量方法如下：

在工作臺上放一標(biāo)準(zhǔn)量塊，其長度尺寸為l，將其拉正并固定在工作臺上。用測頭輕靠其側(cè)面一點，此時X軸機械坐標(biāo)為x2，將工作臺旋轉(zhuǎn)180°，用測頭測量側(cè)面另一點，此時X軸機械坐標(biāo)為x3，如圖2，則：

圖2 測定工作臺中心X坐標(biāo)

同樣的方法，測量標(biāo)準(zhǔn)量塊前端面一點，此時Z軸機械坐標(biāo)為z2，工作臺旋轉(zhuǎn)180°后，測量前端面另一點，此時Z軸機械坐標(biāo)為z3，測頭長度為h，標(biāo)準(zhǔn)量塊長度為l，如圖3，則：

圖3 測定工作臺中心Z坐標(biāo)

4 編制FANUC系統(tǒng)用戶宏程序

以FANUC系統(tǒng)為例編制坐標(biāo)系變換用戶宏程序[2]。

已知機床坐標(biāo)系下工作臺回轉(zhuǎn)中心A點坐標(biāo)（a，b，c），已建立第一個加工面工件坐標(biāo)系G54，G54坐標(biāo)系的X、Y、Z軸的零點偏置值分別存儲在系統(tǒng)變量#5221、#5222、#5223中。

工件基準(zhǔn)點P（x，y，z）距G54坐標(biāo)原點距離為（i，j，k），i，j，k分別為工件基準(zhǔn)點P到G54坐標(biāo)原點在X、Y、Z軸方向上的增量距離。將工件旋轉(zhuǎn)θ角度后工件基準(zhǔn)點為P1，此時建立新的工件坐標(biāo)系Gg（g值為55、56、57、58或59），工件基準(zhǔn)點P1距新坐標(biāo)系原點距離為（i1，j1，k1）。

定義布局變量#1=，#2=θ，#4=i，#5=j，#6=k， #7=i1，#8=j1，#9=k1，編寫子程序：

B旋轉(zhuǎn)θ后，在主加工程序中調(diào)用新坐標(biāo)系之前只需要執(zhí)行如下宏程序調(diào)用指令：

即可對局部變量賦值，同時調(diào)用子程序O1000，自動將B軸旋轉(zhuǎn)θ角度后建立的新坐標(biāo)系的x、y、z軸的零點偏置值寫入對應(yīng)的系統(tǒng)變量中，以方便后續(xù)主程序調(diào)用[3]。

5 結(jié)束語

臥式加工中心上加工汽車變速器殼體類零件，使用此方法，在工作臺旋轉(zhuǎn)后，工件坐標(biāo)系自動補償，不僅可以避免人為操作誤差，準(zhǔn)確設(shè)置各面加工原點，減少調(diào)試廢品率。而且可以提高效率，縮短新品調(diào)試時間。用戶宏程序邏輯清晰，一目了然，容易修改；適合所有箱體類零件加工，通用性強。