四轴加工中心旋转工作台任意点位的坐标系跟踪.docx

四轴加工中心旋转工作 四轴加工中心旋转工作台任意点位的 坐标系跟踪 撰文 / 苏州万谷科技有限公司 刘永刚 一、引言 在带旋转工作台的四轴加工中心上，已知工件上任意 一点的坐标及该点法向与机床 Z 轴的夹角，利用宏程序可 以很快地求出工件旋转任意角度某点的新坐标，使刀具能 快速准确地定位于工作台旋转后的新点位，从而实现任意 点位的坐标跟踪功能，在该点的法向平面内编程，很容易 实现坐标系的旋转。在进行复杂工件的多面加工时，可以 极大地减轻工人的找正强度，同时又大大简化编程，效率 得到大幅提升，具有较强的实际意义。 的工作强度。 如何能让操作者按图纸找正工件的基准，不用考虑工 件旋转的点位变换，就可以在找正的基准下的坐标系内直 接编程，快速地进行加工呢？利用宏程序来进行坐标变换， 计算出工作台旋转任一角度后的点位的新坐标，从而使刀 具快速定位于工件上的这一坐标点，可以轻而易举地实现 这一点。 三、相关坐标系及点位转换 如图 1 所示加工工件时加工中心的相关坐标系。机床 坐标系是机床厂家设置在机床上的一个物理原点，一经回 参考点，机床坐标系就建立起来了，它的原点即为机床的 绝对原点。工件坐标系是以工件上的某一点为原点的坐标 系，操作者找正工件后将相关数据输入到数控机床坐标偏 置内的值即为工件坐标系的原点，它在机床坐标系中的坐 标位置如图所示为 A1、B1、C1 值。四轴旋转工作台的旋转 中心（P 旋转）是在机床中的一个固定点，它在机床坐标 二、四轴加工中心及装夹特点 四轴加工中心，除 X、Y、Z 三轴外，一般有一旋转工 作台，立式加工中心为绕 X 或 Y 旋转的 A 或 B 轴。卧式加 工中心为绕 Y 轴旋转的 B 轴。无论是立加还是卧加，在加 工时，工件装在旋转工作台上，操作者都需要先找正工件， 然后将找正数值输入到数控系统的坐标偏置寄存器中，这 样就确定了一个工件坐标系。然而，不同的零件其形状、 加工部位和装夹姿态不同，所对应的找正基准也就不同， 所设定的坐标系也是不同的，即工件坐标系是随不同的零 件而随机设定的。但是有一部份工件，其加工部位与找正 基准所确定的坐标系对应着一定的角度关系，该角度可能 是一个变量，且在图纸上所标的基准往往是找正基准。操 作者在加工此类工件时如果没有夹具定位，不同的工件需 要找正坐标系，每次装夹都要进行细心繁琐的计算，以求 出所加工点位坐标与工作台旋转中心的偏移量，或者通过 先旋转工件，再找正加工点位面的方法。这样不仅效率低下， 易出错，而且大量占用了机床的调试时间，增加了操作者 图 1 · 43 · 现 代 制 造中的位置也是固定的 现 代 制 造 中的位置也是固定的，其（P 旋转）在机床坐标系中的坐 标位置为 A、B、C 值。故可以求得工件坐标系与四轴旋转 中心（P 旋转）的相对关系为： a=A-A1 b=B-B1 c=C-C1 如 图 2 所 示， 工 件 上 任 一 点 V1 点 绕 旋 转 工 作 台 旋 转 中心 (P 旋转）旋转任一角至 V2 点，V2 点的新坐标可以分 以 下 三 步 完 成： ① 将 V1 点 平 移 至 V1’ 点， 用 图 形 变 换 原 理可以理解为将工件坐标系的原点平移至四轴旋转中心。 ② V1’ 点 绕 X 轴 作 d1 角 度 的 旋 转， 可 以 理 解 为 V1’ 绕 四 轴旋转中心（P 旋转）作旋转。③将 V2’点移回 V2 点，可 以理解为将工件坐标原点从四轴旋转中心移回。这样只要 通过数控系统的宏程序功能，运用正余弦运算就比较容易 编制出四轴加工中心旋转工作台任意一点跟随坐标系的宏 程序。 将该宏程序命名为 O9011，同时将系统 NO.6051 号参数写 入 123，再以后的加工中则可以直接编写 G123 调用 O9011 宏程序，从而实现任意点位的坐标跟踪。 % O9011 #999=#1( 将旋转角度值 A 赋值给宏参数 #999) #952=#5302-#5322( 将 G58 坐 标 系 Y 值 减 去 G59 坐标系 Y 值 ) #953=#5303-#5323( 将 G58 坐 标 系 Z 值 减 去 G59 坐标系 Z 值 ) #955=SQRT[[#951*#951]+[#952*#952]]( 求 出 工 件坐标原点与旋转中心的距离值 R) #956=ASIN[#952/#955]( 求出工件坐标原点在以旋 转中心为原点的坐标系中的夹角 α) IF[#952GE0]GOTO9002( 判断角度旋转方向是否与规 定旋转轴正方向一致 ) N9001#956=180.-#956( 如果不一致取其补角 ) 2#961=#955*COS[#956-#999]( 将工件坐标系原点 在以旋转中心为原点的坐标