卧式镗铣床工作台回转任意角度后自动建立坐标系探讨

成李峰，谢凡，洪亮亮，张海军，王建梁，周晔

（华瑞（江苏）燃机服务有限公司，江苏 南通 226000）

1 前言

卧式数控镗铣床，因加工设备主轴轴线与工作台台面平行，同时工作台可以控制旋转分度，所以除不垂直于主轴轴线的加工面（如零件安装在工作台的支撑面及零件顶面）外其余各加工面都可以加工，改变传统的加工概念将加工工艺范围及工艺水平大大提升。另外该机床将铣床及镗床两种功能结合在一起，具备了钻孔、镗、扩、铰孔、攻螺纹、铣平面、铣螺纹等多元化切削功能，适合如箱体、壳体，发动机缸体等需要一次装夹完成多工位加工的复杂高精度零件，因工作台可以控制旋转角度，可以减少零部件加工不同部位时需要更换夹具及重复安装次数，从而减少装夹产生定位误差，大大提高了零件加工精度，加工效率，减少操作人员的劳动强度，当前广泛应用于能源、交通、重型、航天、医疗、航空等领域，是加工行业的关键加工设备。

卧式镗铣床在大批量零件加工时，会设计被加工件的专用定位夹具，首件编程调试成功后，加工程序及工艺固化不变，后续只需要操作者拆装零件即可，大大减低后期工艺员及操作者工作强度。而目前大部分加工厂以加工单件及小批量生产为主，因小批量生产经济性成本问题，不会设计专用的定位夹具，而是使用如压板等高块、锁紧螺杆等通用夹具，工件放置工作台位置随意性较大，很难将工件原点放置在工作台回转中心上，前工位的建立坐标原点无法继承使用，需要重新建立现工位的新加工原点坐标系。但建立的新工位坐标系通常以加工面为基准从而测量建立现工位的坐标原点，这种做法存在以下问题：（1）根据基准重合原则，工作台旋转后各工位加工面各自都需重新建立坐标原点，导致基准很难统一，从而会导致累计误差，零件加工精度低；（2）多工位加工建立新的坐标系，受零件外形影响，对于异性面需要加工辅助对刀基准，从而增加制造工艺导致制造成本高；（3）一次装夹加工多工位零部件需多次对刀建立新的坐标系，自动化程度低，导致操作者劳动强度大，从而导致生产效率低。

针对以上问题，编制一套适用于图1结构数控镗铣床的宏程序，该程序工作台回转后自动建立新的坐标系，该程序可以大大减低操作人员的对刀时间和对刀产生误差，提高设备自动化程度，可以提高零件加工精度及生产效率。

2 卧式镗铣床结构

卧式数控镗铣床结构如图1所示，该类高精密数控卧式镗铣床，工作台作X向运动，侧挂主轴箱作在立柱上Y向运动，立柱带动主轴箱Z向运动，主轴箱套筒伸缩式结构适用于深孔加工及大功率该轴与Z轴平行作W向运动，工作台B轴旋转运动，工作台回转精度带高精度光栅尺检测及反馈工作台回转位置。

3 测量工作台回转中心在机床(机械)坐标上数值

数控机床有工件坐标系和机床（机械）坐标系，机械坐标系表示机床固定的坐标系如机床原点x=0,y=0,z=0,零件建立的坐标系是工件坐标系，以FANUC系统为例一般寄存在G54～G59坐标系,该工件坐标系建立在机械坐标基础上，工件坐标系建立对操作者编程及识别更加直观了解，工作台回转中心位置在机床（机械）坐标系中是固定，一般不会改变，但因设备长时间使用与机床发生撞机事故导致机床工作台回转中心与以前测的坐标值有误差，为了保证机床上零件的加工精度，机床工作回转中心在机床原点的位置定期需要重新测量，测量方法参考文献。

4 工作台转动后坐标系建立说明

图2零件为例进行说明，图2a中需要加工部位为1#～5#孔，图2b中剖切视图是1#～5#的放大图，1#～5#孔区别是它们角度不同分别为12°、18°、24°、30°、36°，所以加工不同孔时机床工作台工作角度不一样需保证被加工孔轴线平行于主轴轴线。图3是零件夹持专用工具，夹持后零件图2中轴线与图3定位基准面平行，零件安装前在专用夹具上安装模拟芯轴检测确实专用工具中轴线是否与定位基准面平行。

图4是夹持后的零件放置在机床的示意图，将图3的定位基准面放置机床工作台上，用百分表等工具保证图2的中轴线与机床X运动轴平行。

本工作可以通过寻边器及对刀仪等工具来得到图2中零件A基准点在机床坐标系中的工件坐标原点,该坐标寄存在机床G54坐标系里，寄存地址X G54（5221#），Y G54(5222#),Z G54(5223#),W G54(5224#),B G54（5225#），FANUC系统变量寄存地址如表1所示。

表1 FANUC系统寄存代码

我们将测的回转工作台中心在机床原点X向数值值输入502#，测的回转工作台中心在机床原点Z数值输入503#,宏代码501#～531#寄存地址机床断电后寄存地址的数值不会丢失。

5 编制宏程序（回转后新坐标的建立）

以加工1#孔为例，工作台需要选择12°，零件原点随之需要转换至1#孔位置，我们将新的零件原点寄存在G57坐标系里，表2是1#～5#至零件基准A的L距离，转换计算方式如下用机床代码（1#孔），图5、图6以下宏指令示意图：

表2 转换后新坐标点距离A基准的L距离

502#=（工作台回转中心相对于机床坐标系X数值/机床厂家提供）

503#=（工作台回转中心相对于机床坐标系Z数值/机床厂家提供）

20#=12（1号孔待加工原点需要旋转的角度，表格2）

21#=433.5（1号孔待加工原点至C基准点L距离，表格2）

子程序（宏指令）

O0100; (工作台旋转后坐标系转换运行)

N010 30#=21#*SIN[20#] (待加工的新坐标原点相对原工件原点G54中X值，图5)

N020 31#=21#*COS[20#] (待加工的新坐标原点相对原工件原点G54中Z值，图5)

N030 1#=30#（待加工的新坐标原点相对原工件原点G54中X值）

N040 2#=0 （待加工的新坐标原点相对原工件原点G54中Y值/需要判断正负）

N050 3#=31#（待加工的新坐标原点相对原工件原点G54中Z相对值）

N060 4#=-20#(待加工的新坐标原点法向与Z轴平行工作台需要旋转的角度，图5)

N070 5#=5221#+1#（待加工的新坐标原点在机床坐标系中的X坐标值，图5）

N080 6#=2#+5222#（待加工的新坐标原点在机床坐标系中的Y坐标值）

N090 7#=3#+5224#+5223#（待加工的新坐标原点在机床坐标系中的Z坐标值，图5）

N100 8#=5#-502#(待加工的新坐标原点在机床工作台回转中心点坐标系X值/回转前，图5)

N110 9#=7#-503#(待加工的新坐标原点在机床工作台回转中心点坐标系Z值/回转前，图5)

N120 13#=SQRT[8#*8#+9##9#] （待加工的新坐标原点相对于机床工作台回转中心的回转半径，图5）

N130 18#=8#/13#

N140 14#=ASIN[18#] （待加工的新坐标原点在机床坐标系中X-Z平面中夹角/回转前，图5）

N150 15#=4#+14#（待加工的新坐标原点旋转后在机床坐标系中X-Z平面新夹角/回转后，图6）

N160 16#=13#*COS[15#] （待加工的新坐标原点在机床工作台回转中心点坐标系Z值/回转后，图6）

N170 17#=13#*SIN[15#] （待加工的新坐标原点在机床工作台回转中心点坐标系X值/回转后，图6）

N180 5281#=17#+502#(G57坐标系机床X坐标)

N190 5282#=5222#+2#(G57坐标系机床Y坐标)

N200 5283#=503#+16#-5224#(G57坐标系机床Z坐标)

N210 5284#=5224#(W) (G57坐标系机床W坐标)

N220 5285#=5225#-4#(G57坐标系机床B坐标)

M99;

在FANUC系统下建立程序，用子程序调用的方式，建立工作台回转后的新的坐标系程序样板如下：

主程序

6 结语

通过以上宏程序可以将加工过程中任意角度的坐标原点计算，在实践过程中有实用的应用价值。

（1）确保一次装夹多面加工过程中同一基准，一次装夹只要一次对刀建立坐标系，后续多工位只需运行宏程序即可自动建立相应工位的加工坐标系，对操作者的工作强度降低，排除机床精度误差，在同一个基准转换加工，保证各工位加工面相对位置精度。

（2）简化多工位加工件的编程，编写旋转后待加工面程序，只需输入待加工面旋转角度，及待加工面加工坐标原点在初始一次对刀坐标系原点的相对位置（注意正负），就可以自动计算出待加工面的坐标系自动保存在G57里面。

（3）该宏程序特点不需要将零件对刀中心放置在回转工作台中心，零件可以放置工作台任何位置对宏程序计算没有影响，该宏程序适应性广。