基于宏程序的卧加多面加工工件坐标系的自动转换研究

史晓亮 陈永东

陕西法士特齿轮有限责任公司 陕西 西安 710117

1 技术背景

汽车变速器壳体类零件存在多个方位的加工特征，利用卧式加工中心一次装夹，可以同时加工，避免多次装夹带来误差。但是，对于卧加多方位加工，为了编程方便，通常采用在不同角度分别手动测量建立工件坐标系的方法。

各坐标系之间相互独立，没有关联，由于手动测量存在误差，导致调试新品第一件同轴度、位置度等往往不合格，造成首件废品，待首件加工完成后根据测量报告调整坐标系，引入测量误差，导致反复调整，调试废品增多，成本高。而且，各加工面手动分别建立坐标系，操作烦琐，待机时间长，效率低[1]。

由于卧式加工中心工件绕B轴旋转，各加工面工作原点之间位置关系相对固定，因此可充分发挥四轴机优势，利用用户宏程序算法，自动计算B轴旋转后工件坐标系原点坐标，无需将工件基准点装夹在工作台的回转中心，便可实现多面加工坐标原点自动偏置，即工作台旋转后，工件坐标系自动补偿。

2 建立坐标变换几何模型

在建立各加工面工件坐标系之前，首先确定工件或夹具上一点作为工件基准点（如夹具对刀块中心或工件定位销孔中心），由图纸或工艺尺寸不难得到工件基准点至工件坐标系原点的相对坐标。B轴旋转后，工件基准点的坐标变换关系可通过建立几何模型推导，几何模型推导过程如下：

如图1，卧式加工中心水平平面内机床坐标系XOZ，O点为机床原点，A为工作台旋转中心，P为工件基准点，PB垂直AB于B,,PA与X轴正向夹角为α，P绕A旋转θ角度后得P1点，P1C垂直AC于C。设在机床坐标系下，A点坐标为（a，b，c），P点坐标为（x，y，z），P1点坐标为（x1，y1，z1），如图1。

特殊的，当点A与点B重合，x=a，且z＞c，∝=90°；

特殊的，当点A与点B重合，x=a，且z＜c，∝=270°；

特殊的，当点P与点A重合，x=a，且z=c，∝=0。

另外，P点旋转至P1点，Y轴坐标不变，即y1=y。

3 测定工作台回转中心

点A在机床坐标系下的X轴坐标a、Z轴坐标c的测量方法如下：

在工作台上放一标准量块，其长度尺寸为l，将其拉正并固定在工作台上。用测头轻靠其侧面一点，此时X轴机械坐标为x2，将工作台旋转180°，用测头测量侧面另一点，此时X轴机械坐标为x3，如图2，则：

图2 测定工作台中心X坐标

同样的方法，测量标准量块前端面一点，此时Z轴机械坐标为z2，工作台旋转180°后，测量前端面另一点，此时Z轴机械坐标为z3，测头长度为h，标准量块长度为l，如图3，则：

图3 测定工作台中心Z坐标

4 编制FANUC系统用户宏程序

以FANUC系统为例编制坐标系变换用户宏程序[2]。

已知机床坐标系下工作台回转中心A点坐标（a，b，c），已建立第一个加工面工件坐标系G54，G54坐标系的X、Y、Z轴的零点偏置值分别存储在系统变量#5221、#5222、#5223中。

工件基准点P（x，y，z）距G54坐标原点距离为（i，j，k），i，j，k分别为工件基准点P到G54坐标原点在X、Y、Z轴方向上的增量距离。将工件旋转θ角度后工件基准点为P1，此时建立新的工件坐标系Gg（g值为55、56、57、58或59），工件基准点P1距新坐标系原点距离为（i1，j1，k1）。

定义布局变量#1=，#2=θ，#4=i，#5=j，#6=k， #7=i1，#8=j1，#9=k1，编写子程序：

B旋转θ后，在主加工程序中调用新坐标系之前只需要执行如下宏程序调用指令：

即可对局部变量赋值，同时调用子程序O1000，自动将B轴旋转θ角度后建立的新坐标系的x、y、z轴的零点偏置值写入对应的系统变量中，以方便后续主程序调用[3]。

5 结束语

卧式加工中心上加工汽车变速器壳体类零件，使用此方法，在工作台旋转后，工件坐标系自动补偿，不仅可以避免人为操作误差，准确设置各面加工原点，减少调试废品率。而且可以提高效率，缩短新品调试时间。用户宏程序逻辑清晰，一目了然，容易修改；适合所有箱体类零件加工，通用性强。