CN108919749B - 一种无刀位原点跟踪五轴机床中实现坐标原点跟踪的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无刀位原点跟踪五轴机床中实现坐标原点跟踪的方法，该方法根据机床设备结构编写相应坐标原点跟踪算法的宏程序，并植入机床系统；根据机床设备结构编写CAM后处理转换刀位源文件为加工坐标点位；测量机床五轴转台中心在机床坐标系的固定位置并存储在固定坐标系中；NC程序运行时自动调用宏程序以对各角度的坐标原点进行跟踪。本发明提高产品编程制造的效率，节约设备成本，操作简单，生产效率高，尤其适合用于配合五轴机床加工使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械加工数控机技术，具体讲是一种无刀位原点跟踪五轴机床中实现坐标原点跟踪的方法。
背景技术
机械制造离不开金属切削机床，带五轴回转工作台机床则是保证机械加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备之一，而五轴加工的CAM程序编制，机床设备的操作在传统方式下始终带有各种难度。应用有效的解决方案去解决传统的编程和操作技术瓶颈，对整个工艺环境有极大的提升。
近年来，由于五轴机床的使用量逐步增大，做一次装夹就可以对工件的至少五面进行加工。国内外市场上针对低成本五轴联动设备上使用的坐标原点跟踪解决方案却还是短板，传统五轴加工需要在各个角度重新找正坐标原点，费时且易出现人为错误，无特征的基准的更是需要CAM编制人员实时上机测量后才能后处理出可用的NC程序；
尤为重要的是CAM编制和调试上机是工艺装备中的一个重要环节，也是机械制造业的一个瓶颈。必须进行实时的测量编程极大的影响了编程效率，编程和操作的周期大大加长，严重制约了制造业的快速发展。若实施坐标原点跟踪的方案来完成编程制造过程，可将编程加工准备时间缩短至普通三轴加工制造的用时，可大幅提高产品编程制造的效率，节约设备成本。
实用新型内容
因此，为提高产品编程制造的效率，节约设备成本，本实用新型在此提供一种结构简单、操作简单、生产效率高的无刀位原点跟踪五轴机床中实现坐标原点跟踪的方法，尤其适合用于配合五轴机床加工使用。
本实用新型是这样实现的，构造一种无刀位原点跟踪五轴机床中实现坐标原点跟踪的方法，包括如下步骤：
步骤一：测量机床转台旋转中心，并存储于机床系统中备用；该步骤仅需要进行一次即可，在转台设备在该机床没有发生变动的情况下，测量的距离是不变的。
步骤二：根据机床转台结构编写宏程序，并植入机床系统；
步骤三：根据机床设备结构编写CAM后置文件；达到刀位点坐标完全转换到机床笛卡尔坐标系状态，并在每一个角度平面变换时调用步骤二所述宏程序；
步骤四：根据步骤三中的后置文件结合CAM软件编程，并处理出NC程序；
步骤五：找正在各回转轴为0角度的工件原点，启动步骤四处理出的NC程序加工工件；不必去预找各个角度的工作坐标系。
在更换机床设备后，则更换步骤四，选择的相应机床后置即可，同样不必重新测量工件原点和新设备的旋转中心相对位置。
优选的，所述步骤二要求达到读取机床转台中心位置，工件坐标原点摆放位置，NC程序所使用坐标系编号；宏程序调用格式G65P8026 X_Y_Z_A_B_C_,其中XYZ输入工作坐标系与工件原点的相对位置，ABC任选两角度为工作坐标系定位角度，实际值由CAM软件后置处理定义。
优选的，步骤三中调用宏程序G65P8026,并把前述X_Y_Z_A_B_C_参数计算输出。
优选的，所述步骤一中机床旋转中心的测量按机床机械坐标系为准。
优选的，所述步骤四完全按带工件坐标系进行编程；并且所述NC文件格式为格式G65P8026 X-14.165 Y-3 .9 Z-.526 A90 C32.791 \n G0G90X-.698Y-.354S5000M3；五轴联动格式 G65P8026 X-14.165 Y-3 .9 Z-.526 A90 C32.791 \n X-.698Y-.354Z0.A90C32.791。
本实用新型具有如下有益效果：
本发明可以根据机床设备结构编写相应坐标原点跟踪算法的宏程序，并植入机床系统。根据机床设备结构编写CAM后处理转换刀位源文件为加工坐标点位。测量机床五轴转台中心在机床坐标系的固定位置并存储在固定坐标系中。NC程序运行时自动调用宏程序以对各角度的坐标原点进行跟踪。
CAM程序编制人员不用等到工装夹具设计完成，并到设备现场测量好工件和旋转中心的相对距离后再编制程序，编程不受现场设备限制极大地提高了编程的灵活性，减少编程的预准备时间。
一次编写五轴加工程序，不受工件安装位置及设备更换影响，节省了工件安装位置变化或设备更换需要更改所编写五轴加工程序坐标原点的时间。
工件安装位置变化或者更换加工设备后，操作者也不用再次输入程序，并重找各角度坐标原点，节省了各角度找正坐标的时间。
并能从技术上防止操作者人工找工角度坐标原点可能导致的人为错误以致发生机床碰撞的风险，极大的降低了机床维护成本。
企业为机床设备加装五轴装台时，不需要花费额外费用升级坐标原点跟踪功能，或者原系统版本无法升级坐标原点跟踪功能，节省了设备成本。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2-图3是本发明的工作示意图。
具体实施方式
下面将结合附图1-图3对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种无刀位原点跟踪五轴机床中实现坐标原点跟踪的方法，包括如下步骤：
步骤一：测量机床转台旋转中心，并存储于机床系统中备用；
步骤二：根据机床转台结构编写宏程序，并植入机床系统；
步骤三：根据机床设备结构编写CAM后置文件；达到刀位点坐标完全转换到机床笛卡尔坐标系状态，并在每一个角度平面变换时调用步骤二所述宏程序；
步骤四：根据步骤三中的后置文件结合CAM软件编程，并处理出NC程序；
步骤五：找正在各回转轴为0角度的工件原点，启动步骤四处理出的NC程序加工工件。
在本实施例中，所述步骤二要求达到读取机床转台中心位置，工件坐标原点摆放位置，NC程序所使用坐标系编号；宏程序调用格式G65P8026 X_Y_Z_A_B_C_,其中XYZ输入工作坐标系与工件原点的相对位置，ABC任选两角度为工作坐标系定位角度，实际值由CAM软件后置处理定义。
在本实施例中，步骤三中调用宏程序G65P8026,并把前述X_Y_Z_A_B_C_参数计算输出。
在本实施例中，所述步骤一中机床旋转中心的测量以机床机械坐标系为准。
在本实施例中，所述步骤四完全按照工件坐标系进行编程。
在本实例中，CAM后置制作环节，CAM后置处理是以普通工件坐标系CAM编程方法编制出CAM程序，后处理出刀位文件（X0, Y0, Z0）。后处理编制，把原始刀位文件先全部MAP映射到世界坐标系（X1, Y1, Z1）。提取加工作坐标系Z轴矢量（I,j,k），先分解XY平面的矢量(I,j)，以反正切函数求出角度C = atan(I,j), 再旋转Z轴矢量得到新的（I2,J2,K2），同理计算出A轴角度，映射到世界坐标系的刀位文件（X1,Y1,Z1）按求出的AC角度进行同向旋转，即可得到和机床机械坐标同向的可使用刀位文件（X2,Y2,Z2）。格式化输出角度为G65P8026X_Y_Z A_C_。
宏程序环节是按现广泛使用的数控系统，编写子程序8026但不限于这个程序号和CAM后置对应即可。宏程序变量接口X_Y_Z_为工作加工作坐标相对于工件坐标系偏移量,A_C_为实际机床旋转角度。宏程序先计算工作坐标系到旋转中心的相对距离X_Y_Z，以该相对距离为变量的反正切函数ATAN(X/Y)计算出工作坐标系所在的绝对角度，以该角度和CAM后置所处理出的角度加算得取旋转角度之后的坐标原点相对位置，以G52功能进行坐标偏移将CAM后置出的刀位点位偏移到加工工作坐标系。把该宏程序写入的机床系统的保护区域，不被轻易修改。
在机床上测量转台旋转中心在机械坐标系中的位置，并写入宏程序所调用的坐标系内，如支持则保护该坐标系不被修改。操作人员得到CAM后置的NC程序，输入机床。因为NC程序中所有角度开始进行了G65P8026X_Y_Z_A_C_,坐标计算，即实现了实时的坐标原点捕捉跟踪。
在实施时如图1-图2所示，在角度无变化时，工件坐标系和工作坐标系重合。当有角度和偏移变化时，调用宏程序计算出新的工作坐标在机械坐标系的位置并移动到位，工件坐标系相对于机械坐标系始终不变化。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种无刀位原点跟踪五轴机床中实现坐标原点跟踪的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：测量机床转台旋转中心，并存储于机床系统中备用；
步骤二：根据机床转台结构编写宏程序，并植入机床系统；
步骤三：根据机床设备结构编写CAM后置文件；达到刀位点坐标完全转换到机床笛卡尔坐标系状态，并在每一个角度平面变换时调用步骤二所述宏程序；
步骤四：根据步骤三中的后置文件结合CAM软件编程，并处理出NC程序；
步骤五：找正在各回转轴为0角度的工件原点，启动步骤四处理出的NC程序加工工件；
所述编写宏程序的具体操作过程如下：
宏程序变量接口X_Y_Z_为工作加工作坐标相对于工件坐标系偏移量，A_C_为实际机床旋转角度，宏程序先计算工作坐标系到旋转中心的相对距离X_Y_Z，以该相对距离为变量的反正切函数ATAN(X/Y)计算出工作坐标系所在的绝对角度，以该角度和CAM后置所处理出的角度加算得取旋转角度之后的坐标原点相对位置，以G52功能进行坐标偏移将CAM后置出的刀位点位偏移到加工工作坐标系，在机床上测量转台旋转中心在机械坐标系中的位置，并写入宏程序所调用的坐标系内，如支持则保护该坐标系不被修改；操作人员得到CAM后置的NC程序，输入机床；因为NC程序中所有角度开始进行了G65P8026X_Y_Z_A_C_，坐标计算，即实现了实时的坐标原点捕捉跟踪；
所述编写CAM后置文件具体操作如下：
CAM后置制作环节，CAM后置处理是以普通工件坐标系CAM编程方法编制出CAM程序，后处理出刀位文件（X0, Y0, Z0），后处理编制，把原始刀位文件先全部MAP映射到世界坐标系（X1, Y1, Z1），提取加工作坐标系Z轴矢量（I,j,k），先分解XY平面的矢量(I,j)，以反正切函数求出角度C = atan(I,j), 再旋转Z轴矢量得到新的（I2,J2,K2），同理计算出A轴角度，映射到世界坐标系的刀位文件（X1,Y1,Z1）按求出的AC角度进行同向旋转，即可得到和机床机械坐标同向的可使用刀位文件（X2,Y2,Z2），格式化输出角度为G65P8026 X_Y_Z A_C_。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤二要求达到读取机床转台中心位置，工件坐标原点摆放位置，NC程序所使用坐标系编号；宏程序调用格式G65P8026 X_Y_Z_A_B_C_,其中XYZ输入工作坐标系与工件原点的相对位置，ABC任选两角度为工作坐标系定位角度，实际值由CAM软件后置处理定义。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：步骤三中调用宏程序G65P8026,并把前述X_Y_Z_A_B_C_参数计算输出。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤一中机床旋转中心的测量以机床机械坐标系为准。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤四完全按照工件坐标系进行编程。
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