CN113093657A - 一种卧式加工中心工件坐标系转换方法 - Google Patents

一种卧式加工中心工件坐标系转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卧式加工中心工件坐标系转换方法，首先确定加工中心所在坐标系，同时确定机床转台回转中心点、工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标和转台旋转角度，最后在程序中根据坐标转换公式确定旋转后的工件坐标系原点在机床坐标系中的新坐标。本发明使用方便、计算效率高、误差率低，大大提高了工件的加工效率。

Description

一种卧式加工中心工件坐标系转换方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种卧式加工中心工件坐标系转换方法。
背景技术
对于有多个面需要加工的工件如箱体类零件，可在配备转台的数控卧式加工中心上利用转台的旋转功能一次性完成多个面的加工作业。加工作业的编程需要建立工件坐标系，其原点是根据零件结构的特点和编程需要确定的。对于工件坐标系原点与工作台的旋转中心重合时的规则零件，工作台旋转后对工件坐标系不产生影响（即工件坐标系原点相对于机床坐标系原点的位置保持不变）。但在工件坐标系原点无法与工作台的旋转中心重合时，工作台转过一定角度后，工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标就会发生变化，这时就需要重新设定工件坐标系原点位置，通常做法是通过重新对刀设定新的工件坐标系或通过绘图软件计算得到，这种设定方法效率低且容易产生误差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种使用方便、计算效率高、误差率低的卧式加工中心工件坐标系转换方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种卧式加工中心工件坐标系转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）确定加工中心所在坐标系，同时确定机床转台回转中心点A（X0、Y0、Z0）、工件坐标系原点B在机床坐标系中的坐标（X1、Y1、Z1）和转台旋转角度β；
2）在程序中根据坐标转换公式确定旋转后的工件坐标系原点C在机床坐标系中的新坐标（X2,Y2,Z2） ，所述坐标转换公式为：
X2=(X1-X0)COSβ-（Z1-Z0）SINβ+X0
Z2=(X1-X0)SINβ+（Z1-Z0）COSβ+Z0
Y2= Y1 。
所述步骤2）中的程序包括以下步骤：
1）进行程序中各变量的定义；
2）对程序中的各个变量进行赋初值操作；
3）进入主程序，根据坐标转换公式得到目标数据。
所述步骤1）中工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标通过对刀方式确定。
所述步骤2）中的程序为西门子系统宏程序。
本发明通过数学模型的坐标系转换，结合西门子数控系统宏指令功能，编写出宏程序，当工作台旋转一定角度时，在西门子数控系统侧通过执行调用编制好的宏程序指令，系统根据宏程序指令给定的相关参数自动计算出工件坐标系零点偏置并写入西门子系统中，实现工件坐标系零点偏置自动计算及输入功能，整个过程效率高、误差率低，大大提高了工件的加工效率。
附图说明
图1是本发明中卧式加工中心的机械机构坐标图。
图2是本发明中的加工演示图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，X轴相当于直角坐标系中的+X,Z轴相当于直角坐标系中的+Y且方向与之一致，机床加工区域处于直角坐标系的第三、四象限中，机床转台回转中心相当于A点，B点相当于工件坐标系原点，C点相当于工件坐标系原点围绕工作台回转中心旋转β角度后的工件坐标系原点；其中转台回转中心在机床坐标系中的坐标是一固定值（机床出厂时即已设定好），根据加工需求，在转台上安装好工件并确定工件坐标系原点后，可以通过对刀方式（实际设定时需注意刀具长度补偿里面填的值为实际刀具的长度，可以通过对刀仪测出）可确定工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标（X1,Y1,Z1）,在转台旋转角度β后，工件坐标系原点在机床坐标系中的新坐标（X2,Y2,Z2）就是：
X2=(X1-X0)COSβ-（Z1-Z0）SINβ+X0 （3）
Z2=(X1-X0)SINβ+（Z1-Z0）COSβ+Z0 （4）
因为卧式加工中心的转台绕Y轴旋转，工作台旋转过程中Y轴坐标不会发生变化，不需要坐标转换，因此只有X、Z轴参与坐标系转换计算，
所以有Y2=Y1 。
参见图2，工件（俯视图）已经安装在转台上，其AB面与机床Z轴垂直。该工件需要加工4个面（AB、BC、CD、DE），每个面分别以A、B、C、D这四个位置为编程零点（即该点设为该面加工时的工件坐标系原点）。首先通过对刀测出A点在机械坐标系中的坐标（Xa,Ya,Za），并设置工件坐标系（如G54）,此时根据图纸也很容易得出B点在以A点为原点的工件坐标系中的坐标(Xb0,Yb0,Zb0)。
在AB面加工完成后，要加工BC面时，因为AB和BC两面夹角为β，首先应将工作台顺时针旋转（180-β）度，使BC面与机床Z轴垂直，因为回转中心坐标为机床固有值(X回=-a，Z回=-b)，那么工作台在当前位置顺时针旋转（180-β）度后，根据公式（3）、公式（4）就可得B点在机床机械坐标系中的坐标（Xb2，Yb2，Zb2）:
Xb2=(Xb1-X回)COSα-（Zb1-Z回）SINα+X回，其中α=-（180-β）=β-180
Zb2=(Xb1-X回)SINα+（Zb1-Z回）COSα+Z回，其中α=-（180-β）=β-180
Yb2=Yb1(由于坐标旋转不影响Y轴坐标)
在加工其他面的时候，也是同理。
下面通过一段坐标转换源程序实例，说明如何由测定数据得到目标数据的过程。
PROC BAXIS (INT L11,INT L12,REAL L13,REAL L14,REAL L15,REAL L16)
/* L11提取数值的初始工件坐标零点偏置号（取值范围为54-59、507-599，分别对应坐标系为G54-G59、G54P1-G54P93）
L12为计算工件坐标零点后要输入的工件坐标零点偏置号（取值范围为54-59、507-599，分别对应坐标系为G54-G59、G54P1-G54P93）
L13为计算工件坐标零点在初始工件坐标零点偏置中的X轴坐标值（需注意正负号）
L14为计算工件坐标零点在初始工件坐标零点偏置中的Y轴坐标值（需注意正负号）
L15为计算工件坐标零点在初始工件坐标零点偏置中的Z轴坐标值（需注意正负号）
L16为旋转工作台对初始工件坐标零点偏置的旋转角度（需注意顺时针为正，逆时针为负） */
N10
R200=-391.006 /* 回转中心X轴坐标 */
R202=-958.297 /* 回转中心Z轴坐标 */
R16=L16
IF L11==0 GOTO N11
IF L12==0 GOTO N11
IF L11==L12 GOTO N11
STOPRE
GOTO N20
N11
MSG（"VALUE L11 OR VALUE L12 ERROR"）/* 初始坐标系或目标坐标系偏置号错误，不能设置为0 */
M00
M30
N20
IF (L11>=54) AND (L11<=59) GOTO N21
IF (L11>=507) AND (L11<=599) GOTO N22
MSG（"VALUE L11 ERROR"）/* 初始坐标系偏置号错误,超出设置值 */
M00
M30
N21
;(G54-G59)
R203=$P_UIFR[L11-53,MX1,TR]+L13
R204=$P_UIFR[L11-53,MY1,TR]+L14
R205=$P_UIFR[L11-53,MZ1,TR]+L15
GOTO N30
N22
(G507-G599)
R203=$P_UIFR[L11-500,MX1,TR]+L13
R204=$P_UIFR[L11-500,MY1,TR]+L14
R205=$P_UIFR[L11-500,MZ1,TR]+L15
GOTO N30
N30
R206=R200+(R203-R200)*COS(R16)-(R205-R202)*SIN(R16)
R207=R204
R208=R202+(R203-R200)*SIN(R16)+(R205-R202)*COS(R16)
STOPRE
IF (L12>=54) AND (L12<=59) GOTOF N41
IF (L12>=507) AND (L12<=599) GOTOF N42
MSG（"VALUE L12 ERROR"）/* 目标坐标系偏置号错误,超出设置值 */
M00
M30
N41
;(G54-G59)
$P_UIFR[L12-53,MX1,TR]=R206
$P_UIFR[L12-53,MY1,TR]=R207
$P_UIFR[L12-53,MZ1,TR]=R208
M17
M30
N42
;(G507-G599)
$P_UIFR[L12-500,MX1,TR]=R206
$P_UIFR[L12-500,MY1,TR]=R207
$P_UIFR[L12-500,MZ1,TR]=R208
M17
M30
宏程序调用格式为BAXIS（A，B，C，D，E，F）
A为提取数值的初始工件坐标零点偏置号（取值范围为54-59、507-599，分别对应坐标系为G54-G59、G54P1-G54P93）
B为计算工件坐标零点后要输入的工件坐标零点偏置号（取值范围为54-59、507-599，分别对应坐标系为G54-G59、G54P1-G54P93）
C为计算工件坐标零点在初始工件坐标零点偏置中的X轴坐标值（需注意正负号）
D为计算工件坐标零点在初始工件坐标零点偏置中的Y轴坐标值（需注意正负号）
E为计算工件坐标零点在初始工件坐标零点偏置中的Z轴坐标值（需注意正负号）
F为旋转工作台对初始工件坐标零点偏置的旋转角度（需注意顺时针为正，逆时针为负）。
例如：已知A点坐标系零点偏置为G54(X0，Y0，Z0),B点相对A点坐标系零点偏置为（30.5,0，-60.3），当工作台增量方式顺时针旋转60°后，将旋转后B点的坐标值写入G55中，程序书写方式为：BAXIS(54，55，30.5，0，-60.3，60)。
注意：①该宏程序适用于工作台顺时针方向为正的机床，对于不同机床需要更改R200 和R202中的值，分别为回转中心X、Z轴坐标，如图（2）所示；
②调用该宏程序前，需要测量首个加工面的工件坐标系零点，建立一个初始工件坐标系零点偏置；
③调用该宏程序时BAXIS（A，B，C，D，E，F）,A、B取值范围为54-59,507-599中的整数且A≠B否则宏程序将报警，C、D、E、F为浮点型数。

Claims (4)

1.一种卧式加工中心工件坐标系转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）确定加工中心所在坐标系，同时确定机床转台回转中心点A（X0、Y0、Z0）、工件坐标系原点B在机床坐标系中的坐标（X1、Y1、Z1）和转台旋转角度β；
2）在程序中根据坐标转换公式确定旋转后的工件坐标系原点C在机床坐标系中的新坐标（X2,Y2,Z2） ，所述坐标转换公式为：
X2=(X1-X0)COSβ-（Z1-Z0）SINβ+X0
Z2=(X1-X0)SINβ+（Z1-Z0）COSβ+Z0
Y2= Y1 。
2.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心工件坐标系转换方法，其特征在于，所述步骤2）中的程序包括以下步骤：
1）进行程序中各变量的定义；
2）对程序中的各个变量进行赋初值操作；
3）进入主程序，根据坐标转换公式得到目标数据。
3.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心工件坐标系转换方法，其特征在于：所述步骤1）中工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标通过对刀方式确定。
4.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心工件坐标系转换方法，其特征在于：所述步骤2）中的程序为西门子系统宏程序。
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