通過(guò)坐標(biāo)系自動(dòng)轉(zhuǎn)換程序解決凹球面加工

梁驪龍，丁巖，王曉東

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

1 編程原點(diǎn)轉(zhuǎn)換問(wèn)題

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

待加工零件為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子分度專機(jī)上兩端支撐轉(zhuǎn)子的支架（圖1），其內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)有油兜群，以提供靜壓浮起支撐軸瓦的條件。油兜群的加工由帶有回轉(zhuǎn)臺(tái)TK6513B 數(shù)控刨臺(tái)鏜完成（圖2）。該機(jī)床按國(guó)標(biāo)配置坐標(biāo)系統(tǒng)。

編制加工中部的油兜程序時(shí)，刀具軸線垂直于已加工的前端面（如圖3 所示狀態(tài)），可以正常完成加工。但加工圖1 兩邊的油兜時(shí)，如果刀具軸線仍然垂直于前端面，在考慮了鏜軸及刀柄的因素后，CAM 軟件為了躲避鏜軸與零件干涉（圖4），油兜面部分無(wú)刀具軌跡生成（圖5）。為了完成加工，在CAM軟件端將刀具軸轉(zhuǎn)過(guò)35°刀柄、鏜軸無(wú)碰撞情況出現(xiàn)（圖6、7）。

根據(jù)TK6513 機(jī)床結(jié)構(gòu)配置情況，軟件中旋轉(zhuǎn)刀軸的工作在該機(jī)臺(tái)上需要由轉(zhuǎn)臺(tái)B 軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)引入了以下問(wèn)題：編程原點(diǎn)的位置及方向隨著工件的轉(zhuǎn)動(dòng)也發(fā)生了改變，同時(shí)在CAM 端參數(shù)做相應(yīng)修改。

以往找到轉(zhuǎn)過(guò)后的編程原點(diǎn)通常是直接在工件上對(duì)刀的方式，或者將工件放置于特定位置，同時(shí)將編程零點(diǎn)設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)的中心，使編程原點(diǎn)在回轉(zhuǎn)過(guò)程位置不變。

第一種方式對(duì)刀時(shí)，需要工件自身有可找到的精基準(zhǔn)（如圓柱面），而此零件在加工中間油兜時(shí)的編程坐標(biāo)系設(shè)置在了兩直邊的交點(diǎn)上（圖7工件的右下角處）。當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)35°后將無(wú)法精確找到該點(diǎn)。第二種方式和專用工裝一起配合使用，這樣對(duì)于小批量加工并不經(jīng)濟(jì)。

圖6

圖7

為此，提出開(kāi)發(fā)工件任意位置安夾工件旋轉(zhuǎn)后自動(dòng)跟蹤編程原點(diǎn)的程序，同時(shí)配合CAM 軟件中進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)協(xié)調(diào)的方式完成該件的自動(dòng)加工。最終實(shí)現(xiàn)：工件任意位置安夾→定第一個(gè)加工原點(diǎn)→運(yùn)行加工中間部分凹球面程序→運(yùn)行跟蹤原點(diǎn)程序→運(yùn)行加工兩側(cè)球面程序的自動(dòng)加工過(guò)程。

2 問(wèn)題的解決過(guò)程

2.1 UG 端的設(shè)置

在UG 編程時(shí)應(yīng)該將編程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)35°，與機(jī)床坐標(biāo)系配置坐標(biāo)系方向保持一致。在幾何父節(jié)點(diǎn)中編輯MCS，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)編程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)過(guò)35°；同時(shí)在操作父節(jié)點(diǎn)中編輯固定軸輪廓銑操作，通過(guò)機(jī)床選項(xiàng)來(lái)定義刀具軸方向，刀具軸選擇ZM+重生刀軌。如圖8 所示。其中淺灰色部分表示轉(zhuǎn)臺(tái)及工件回轉(zhuǎn)后加工兩側(cè)凹球面的的狀態(tài)，深灰色部分表示為工作臺(tái)轉(zhuǎn)前即加工中間凹球面時(shí)的狀態(tài)。

圖8

2.2 西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)端的程序開(kāi)發(fā)

2.2.1 總體構(gòu)架的確定

圖9

分析工況抽取模型：轉(zhuǎn)動(dòng)前后編程原點(diǎn)在工件上的位置不變，它始終圍繞著轉(zhuǎn)臺(tái)中心旋轉(zhuǎn)：圖9中a 點(diǎn)是G54（轉(zhuǎn)前）工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，b 點(diǎn)是G55（轉(zhuǎn)后）工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。

圖10

840D 坐標(biāo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為（圖10）：MCS→BCS→BZS→SZS→WCS在銑床版中各坐標(biāo)系間為累加的關(guān)系。其中的G54、G55為SZS 即可設(shè)置的坐標(biāo)系，對(duì)應(yīng)圖9的a、b 點(diǎn)。當(dāng)編程框架變量為0 時(shí)SZS與WCS 重合。機(jī)床不涉及到運(yùn)動(dòng)學(xué)變換，故BCS 與MCS 重合。根據(jù)機(jī)床配置情況，對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行了如圖11 所示的分配。

圖11

坐標(biāo)系的移動(dòng)（偏移）實(shí)現(xiàn)方式為：偏移數(shù)值只可在界面上輸入或通過(guò)框架變量賦值。為了自動(dòng)找到偏移數(shù)值，可用G54在JOG 方式下，通過(guò)對(duì)刀功能找到工作臺(tái)中心偏移數(shù)值，最后通過(guò)賦值命令，將G54中的偏移數(shù)值傳遞給BZS 框架變量，從而將BZS 移動(dòng)至回轉(zhuǎn)臺(tái)中心。完成基本坐標(biāo)系偏移后，G54 JOG 方式下，通過(guò)對(duì)刀功能實(shí)現(xiàn)WCS 偏移至工件上。

2.2.2 完成MCS 到BZS的偏移

（1）用檢棒及量塊，在JOG 下通過(guò)對(duì)刀功能將G54精確地設(shè)置在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心上。

（2）在MDi 下通過(guò)運(yùn)行$p_ubfr=$p_uifr［1］程序段，將G54 表格中的數(shù)值轉(zhuǎn)移至base中，從而完成了將BZS平移到了工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心。

（3）將G54 偏移表格中的數(shù)值清0。在MDi 執(zhí)行G500 命令。此時(shí)BZS坐標(biāo)系被激活，至此G54的偏移不再參照MCS 了，而是BZS 即轉(zhuǎn)臺(tái)中心。

2.2.3 完成BZS 到WCS的偏移

圖12

在轉(zhuǎn)臺(tái)上，任意位置安夾工件。找正各直面后面后，在JOG 對(duì)刀功能下設(shè)置G54，X、Y、Z、B 各軸清零。

圖13

此時(shí)G54 偏移界面中的各偏移值均為相對(duì)于BZS 了，即形成了圖13的關(guān)系：a 點(diǎn)的X、Z坐標(biāo)值是G54 偏移界面中的各偏移值。

2.2.4 編制跟蹤編程原點(diǎn)的程序

（1）設(shè)置全局用戶變量GUD新建GUD4.def，在.def 文件編輯中定義。

圖14

def nck frame CTWENTY ；定義一個(gè)框架變量（在NCK 范圍內(nèi)有效，下同）用于儲(chǔ)存坐標(biāo)系偏移的方式

修改后保存，激活GUD4 全局變量。

圖15

（2）明確級(jí)聯(lián)運(yùn)算符：（chaining operator）及框架變量的關(guān)系，符號(hào)“：”是用于框架變量間的變換合成符號(hào)。

（3）將G54 坐標(biāo)系偏移到新的位置（b點(diǎn)）框架變量$p_uifr［1］（BZS 到G54的變換）：框架變量CTWENTY（G54 到轉(zhuǎn)過(guò)35°后位置

的變換）合成為BZS 到轉(zhuǎn)過(guò)35°后的點(diǎn)（b 點(diǎn)）位置變換。程序段如下：

執(zhí)行該程序，至此G54 坐標(biāo)系就偏移到了轉(zhuǎn)過(guò)35°的新的位置了，為了不與原坐標(biāo)系沖突，將新位置設(shè)為G55。達(dá)到了最初設(shè)想的目的。

2.3 整合所有程序并完成加工

最后將跟蹤原點(diǎn)程序封裝為帶有參數(shù)傳遞的子程序，在加工兩側(cè)凹球面前運(yùn)行一次該子程序。通過(guò)組織UG 和該子程序，實(shí)現(xiàn)一次裝夾、一次設(shè)定坐標(biāo)系，機(jī)床自動(dòng)完成各凹球面的加工。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)CAM 與840D 協(xié)同應(yīng)用，使零件的精確、高效加工成為可能，減少了人的工作強(qiáng)度并提高了加工精度。