五面體加工中心坐標(biāo)系偏移旋轉(zhuǎn)與誤差補(bǔ)償

山推工程機(jī)械股份有限公司（山東 272023）劉志凱 劉 偉 張明明

五面體加工中心是目前國內(nèi)大型加工設(shè)備中比較先進(jìn)的。以我廠現(xiàn)使用中的沈機(jī)中捷THA57200×400、GMC2560r2、GMC2560wr3為例，控制系統(tǒng)采用西門子840D。沈陽機(jī)床廠通常采用兩種方式來補(bǔ)償立、臥頭的差值：

（1）執(zhí)行轉(zhuǎn)頭程序L01就完成補(bǔ)償變換。

（2）執(zhí)行完轉(zhuǎn)頭程序L01后，再通過執(zhí)行子程序L11完成變換。

其實(shí)這兩種方式本質(zhì)上沒有什么區(qū)別，只是方式1中的L01程序整合了方式2中的L01和L11程序。

下面我們通過沈陽機(jī)床廠提供的說明及程序源碼來分析一下其誤差補(bǔ)償程序的原理。

1.沈陽機(jī)床提供的補(bǔ)償方案

首先，機(jī)床廠提供一個(gè)用戶數(shù)據(jù)文件UGUD.arc：

HEAD[1]變量來表示當(dāng)前頭，如HEAD[1]=1表示當(dāng)前是1號頭，HEAD[1]=2表示當(dāng)前是2號頭……0為立頭。

上述對當(dāng)前頭號的標(biāo)識由廠商添加到相應(yīng)子程序中，如在HEAD_1.SPF子程序結(jié)束符“M17”之前添加“HEAD[1]=1”；在HEAD_2.SPF子程序結(jié)束符“M17”之前添加“HEAD[1]=2”等。

DTT[]用于表示臥頭在各個(gè)角度時(shí)相對于立頭的偏差值：

上面的各個(gè)數(shù)據(jù)由廠商在調(diào)試時(shí)自己測量并設(shè)定到用戶變量里面去。

我們通過查看L11程序，發(fā)現(xiàn)廠商使用的補(bǔ)償方法其實(shí)是修改基準(zhǔn)零點(diǎn)坐標(biāo)系BNS來實(shí)現(xiàn)的。

如1號臥頭處于0°方向時(shí)：

1號臥頭處于180°方向時(shí)：

兩者簡單地對基準(zhǔn)零點(diǎn)坐標(biāo)系BNS進(jìn)行正向或負(fù)向的偏移來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

2.方案的不足

通過上面的分析我們發(fā)現(xiàn)了機(jī)床廠商提供的這套補(bǔ)償方案的不合理之處。

（1）修改了基準(zhǔn)零點(diǎn)坐標(biāo)系BNS。這個(gè)坐標(biāo)系是處于我們常用的可設(shè)定零點(diǎn)坐標(biāo)系ENS（就是G54、G55等所建立的坐標(biāo)系）的上層的。如果修改了BNS的偏移值，我們常用的G53、G500命令是不能屏蔽BNS偏移值的，帶著這個(gè)偏移值進(jìn)行移動(dòng)，機(jī)床有可能會(huì)無法到達(dá)正確的換刀點(diǎn)、換頭點(diǎn)，也可能發(fā)生碰撞！所以廠商要求必須將換刀程序、換頭程序中的G53命令全部用SUPA命令代替，SUPA命令可以屏蔽BNS偏移值。通常情況下我們的機(jī)床不在基準(zhǔn)零點(diǎn)坐標(biāo)系設(shè)置偏移，普通工人都認(rèn)為可設(shè)定零點(diǎn)坐標(biāo)系上層直接就是機(jī)床坐標(biāo)系。這個(gè)干涉習(xí)慣的基準(zhǔn)零點(diǎn)坐標(biāo)系設(shè)定方式并不容易為普通工人所接受，且一旦修改內(nèi)容有誤不易被發(fā)覺，容易出錯(cuò)。

（2）這個(gè)程序只能應(yīng)付0°、90°、180°、270°四個(gè)最常用的方向。我們的臥頭是5分度或2.5分度的，在其他非正交分度時(shí)無法用此程序補(bǔ)償。

（3）由于機(jī)床臥頭旋轉(zhuǎn)存在誤差，在相對方向的偏差值往往是不同的。如我廠初步驗(yàn)收時(shí)，在未補(bǔ)償?shù)那闆r下，90°和270°方向的X向誤差超過0.05mm，Z向誤差超過0.06mm（后經(jīng)廠商調(diào)試，控制在0.03mm以內(nèi)），而原L11誤差補(bǔ)償程序是無法補(bǔ)償這個(gè)誤差的，相反，還有可能會(huì)放大這個(gè)誤差。比如我們假設(shè)廠商在90°時(shí)測量出X值相對于立頭向正向偏移了0.03mm，他把DTT[14]設(shè)為了0.03，那么當(dāng)臥頭轉(zhuǎn)到270°時(shí)，程序會(huì)把X向負(fù)向補(bǔ)償0.03mm，而實(shí)際中我們測得的270°X向偏差值可能是正向的，這樣無疑增大了誤差。如此會(huì)造成轉(zhuǎn)頭加工孔的同軸度較差，不能滿足有嚴(yán)格同軸度要求的零件的加工。

（4）原L11補(bǔ)償程序不提供坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)。這往往需要操作者根據(jù)實(shí)際情況使用G17、G18、G19命令來選擇加工平面。這種方式在使用CYCLE81等循環(huán)時(shí)需要注意返回平面的正負(fù)號、圖樣尺寸在各個(gè)坐標(biāo)系方向的變化，編程不方便。我們通常將工件坐標(biāo)系建立為：Z軸始終沿著主軸方向，加工平面選用G17平面（即XY平面），這樣很方便根據(jù)圖樣編程。

3.新的補(bǔ)償程序

為了克服上述缺點(diǎn)，我們采用新思路編制了新的坐標(biāo)系補(bǔ)償程序。

（1）添加GUD4用戶自定義數(shù)據(jù)用來表示各個(gè)角度的偏移補(bǔ)償：

由于我廠除了立頭外，僅使用了一個(gè)臥頭，所以僅添加了一組數(shù)組：U_0[3]、U_90[3]、U_180[3]、U_270[3]。

U_0[0]、U_0[1]、U_0[2]分別表示臥頭在0°時(shí)與立頭的X、Y、Z差值。

同樣：

以上參數(shù)全部手工測量，可以在“參數(shù)-＞用戶數(shù)據(jù)-＞GUD4”下查詢和修改。

我們定義了最常用的四個(gè)方向的補(bǔ)償值，有效解決了不同方向補(bǔ)償誤差的微小區(qū)別。

（2）建立一個(gè)用戶循環(huán)，用于可設(shè)定零點(diǎn)坐標(biāo)系ENS建立時(shí)的偏移設(shè)定：

LHYSET（INT XPOS, INT YPOS, INT ZPOS）記錄當(dāng)前的測量狀態(tài)，在LHY[]數(shù)組中記錄立頭坐標(biāo)系與當(dāng)前坐標(biāo)系的差值，建立坐標(biāo)系補(bǔ)償。每次找正工件建立坐標(biāo)系的時(shí)候都需要執(zhí)行一次，且僅執(zhí)行一次就行。

參數(shù)XPOS、YPOS、ZPOS分別表示三個(gè)軸測量時(shí)的臥頭角度。如為立軸所打，記為－1。

如：先用立軸測出Y值，再換臥頭轉(zhuǎn)到90°測出X和Z值。將測量值錄入到G54、G55……完成后，需在程序開頭執(zhí)行：

LHYSET(90，-1,90)

這將在機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系之間建立一個(gè)補(bǔ)償。以前不使用這個(gè)程序，在建立工件坐標(biāo)系時(shí)我們需要通過手工計(jì)算得出當(dāng)前坐標(biāo)值與立頭坐標(biāo)值，比較麻煩。

原程序部分內(nèi)容如下：

（3）建立一個(gè)用戶循環(huán)，根據(jù)臥頭角度旋轉(zhuǎn)偏移坐標(biāo)系并建立補(bǔ)償。

LHY程序?qū)NS坐標(biāo)系中的偏移值加上數(shù)組LHY[]所記錄的立頭與ENS坐標(biāo)系差值得出立頭的坐標(biāo)系，再加上當(dāng)前臥頭對應(yīng)的立臥差值得到當(dāng)前工件坐標(biāo)系的正確值。

程序如下：

4.實(shí)際應(yīng)用方法

（1）先將測量的坐標(biāo)系值輸入G54或其他ENS中。

（2）執(zhí)行LHYSET（INT XPOS, INT YPOS,INT ZPOS）指令。

（3）使用換頭指令L01后，在G54等代碼后面需添加LHY指令來偏移旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。在工件程序中需要再次偏移或旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的，請使用相對偏移或旋轉(zhuǎn)指令（即ATRANS和AROT，而不是TRANS和ROT），如需恢復(fù)再次執(zhí)行LHY指令即可。

由于刀具長度補(bǔ)償默認(rèn)補(bǔ)償在機(jī)床坐標(biāo)的Z軸，故臥頭不使用D1等刀具長度補(bǔ)償指令，而是在LHY執(zhí)行后采用下面的指令取代：

如此，改進(jìn)后的補(bǔ)償程序完成。