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工件回转基准与工作台中心不重合情况下的圆心编程
刘勇 湖南湘潭江麓机械集团
摘要:以西门子828D数控镗床为对象,举列探讨利用数控系统的高级语言功能结合数学知识,研究出一种快速高效的找正方法。找出任意摆放在工作台上的工件圆心坐标,实现工件中心在工作台面非中心位置上的圆心编程,方便加工。
关键词:840D 工作台面非中心位置 圆心编程
在对以圆心为基准的工件进行数控加工前,首先要想办法使工件上的圆心同工作台的旋转中心重合,通常是打表找正,这样做的好处是使工件圆心与工作台旋转中心重合,工件任意旋转,圆心坐标值固定不变,能够充分发挥圆心编程的优势,快捷利用B轴的旋转,实现工件任意角度的加工;弊端是在工件较重的情况下,工件难以移动,打表找正周期长,费时费力,甚至无法找正,或因为诸如工件形状特殊,工作台台面大小限制等其它原因,致使工件不得已放在工作台旋转中心以外的位置加工,由于多角度方位加工的需要,B轴旋转角度之后,圆心坐标不固定,从而无法实现便捷的圆心编程,造成多次画线,找正,装夹,对刀,建坐标,不仅精度降低,而且效率低下。
此时,工件回转中心在B轴旋转任意角度后的圆心坐标XZ一旦能够确定,就可照样圆心编程,方便加工。
一程序介绍
1变量
用一个可赋值的R值来代替具体的数值,这个代号就称为变量。西门子840D系统使用变量符号R=实数
2变量的赋值
直接赋值:如R1=30.1
间接赋值:如R2=ATAN2(7,100)
3运算指令加减乘除的算术运算
R1=R1+R2 R1=R1- R2 R1=R1*R2 R1=R1/R2
4常用函数运算
R1=SIN(30) 正弦函数 SIN(30°)
R2=15
R1=COS(R2) 余弦函数 COS(15°)
R1=SQRT(R2) 开根号
R1=ATAN2(R2,R3) 反正切 R2为对边 R3为临边
R1=POT(100) 平方 1002
5表达式
R20=SQRT(POT(R1)+POT(R2))
二参数解释及数值的确定
1工作台旋转中心:工作台旋转产生的中心,也称呼为B轴旋转中心。
它在数控镗中的XZ平面中,移动X轴,无论X轴带动的是刀具还是工作台,当工作台旋转中心和Z轴重合时,然后将主轴(W轴)运行到机床坐标0值,假设Z轴可以无障碍移动,当W轴上的刀长起点刚好接触到B轴中心时,此时显示屏上的机床坐标X值与Z值即是所需的。这个特殊位置在机床坐标系中的坐标一般是固定不变的,简单点说就是将工作台放在一个机床坐标系中,然后找出工作台旋转中心这个点在机床坐标中的位置,通过坐标值Z坐标与X坐标来表示。
(1)工作台旋转中心在机床坐标系Xm轴上的位置坐标,参数为R89。如何找出这个重要的位置?
R89的确定:精铣一个平面,正转90度,用寻边器采X机床坐标值为X1,然后负转90度,再采一个X2值;也可以将百分表放在工作台上与主轴垂直,移动X轴,让主轴侧母线最高点压表对零,记下这个X1值,Y轴固定不变,B再旋转180度让主轴侧母线压到之前的对零标记,采取X2值。(X1+X2/2=R89
(2)工作台旋转中心在机床坐标系的Zm轴上的位置坐标,参数为R88。如何找出这个位置?
R88的确定:将磁力表架放在工作台上,移动X轴,让主轴侧母线最高点压表对零,记下此时的机床坐标X1值,把主轴的半径算进去,之前已经知道R89,就可以得到主轴中心至工作台中心的距离L1,退到安全位置后,运行B轴,转90度,摇动Z轴和W轴,刚好让W轴端面压表对零时,用笔记下Z轴和W轴的机床坐标Z1m,W1m,,已知回转中心与平面之间的距离L1,不难得出Z1 m +W1 m -L1= R88。由于主轴端面不一定是刀长起始点,所以最好装一个已知精确刀长的刀杆,让刀杆端面去接触压表,刀长是L2。Z1m -L2+W1-L1= R88,顺便说一下刀长的影响,在西门子,数控系统中,当刀长被激活时,面板上有个机床坐标与工件坐标的转换键,按下后,显示屏显示的坐标值存在下面的关系Z1w=Z1m-L2,因为Z1w表示的是刀尖所在的机床坐标,Z1m表示的是主轴刀长起点所在的机床坐标。建议激活刀长,采Z1w,此时R88=Z1w+W1m-L1
(3)需要重复强调的是,R88 R89两个参数,不是距离,而是一个带方向的矢量,它表示回转中心在机床坐标系中的位置。
三程序数学思路
设机床直角坐标系的原点Om,设工件直角坐标系原点Ow,,回转内工件摆放在工作台回转中心Ow点以外的任意位置A点,此时随着B轴的旋转,工件的圆心坐标总是落在以工作台回转中心Ow点为圆心,半径为R的圆上,如B点。如图所示,当两个坐标原点Ow和Om重合时即工件坐标系同机床坐标系重合时,即数学圆方程a=0,b=0时,圆方程(x-a)2+(y-b)2=r2变成(x)2+(y)2=r2,这里是数控坐标,数学y轴被机床Z轴替换。方程变形为(x)2+(z)2=r2此时任意点B点在两个坐标系里的的坐标重合(BXm,BZm)=(BXw,BZw)
只要知道∠3和R,就可以利用三角函数和圆方程求出旋转任意角度后的圆心B点的坐标从而实现圆心编程。
⑴tan∠1= AZw / AXw ATAN2(AZw,AXw) :C语言里是原点至点(Y,X)的方位角,即与 X 轴的夹角, 在数学坐标系中,结果为正表示从 X 轴逆时针旋转的角度,结果为负表示从 X 轴顺时针旋转的角度,需要特别说明得是,数控设备的坐标系ZX平面,Z向同数学坐标系y方向相反,当结果为负时表示从 X 轴逆时针旋转的角度,B轴负转一个角度,结果为正表示从 X 轴顺时针旋转的角度,B轴负转一个角度。A点坐标(Azm,Zxm)可以用寻边器找到。这里的Azm,Zxm不是距离,是坐标位置,带方向。
⑵∠2=图纸已知角度,B轴需要负转时为负,反之为正。
⑶∠3=∠1加∠2
⑷R2= AXw2+ AZw2
⑸BXw= COS(∠3)*R
⑹BZw= SIN(∠3)*R
当两个坐标Ow和Om不重合时即工作台回转中心同机床坐标系不重合时,产生了一个距离,由数学圆方程公式(x)2+(z)2=r2变成了(x-a)2+( z -b)2=r2,其中圆心坐标是圆的定位,(a,b)就是圆心在机床坐标系中的位置坐标,用(R89,R88)来代替,定位条件,任意点B点在机床坐标系中的坐标用(BXm,BZm)来表示,R半径是圆的定形条件,不变。根据图,公式变形为
(BXm-R89)2+(BZm-R88) 2 =R2
又∵(BXm-R89)2+(BZm-R88) 2 =R2=( BXw)2+(BZw)2
∴BXm-R89=BXw BZm-R88 = BZw
又∵BXm-R89= BXw
∴⑺BXm= BXw + R89
∵BZm-R88= BZw
∴BZm= BZw+ R88
又∵公式⑸BXw= COS(∠3)*R
∴代入公式⑺得BXm= COS(∠3)*R + R89
又∵公式⑹BZw= SIN(∠3)*R
∴代入公式⑻得BZm= SIN(∠3)*R + R88
在实际生产过程中,主轴W总是要出来一定的长度, W轴这个长度时的机床坐标用R44表示,所以Z轴坐标BZm= SIN(∠3)*R + R88后面还要退一个L。L不是物理长度,而是机床坐标值,这个机床坐标值一般为负值,退就要负负得正,所以BZm= SIN(∠3)*R + R88-R44
这样,我们就得到了确定任意点B点的两个机床坐标值。
BXm= COS(∠3)*R + R89
BZm= SIN(∠3)*R + R88-R44
四加工实例参考程序
1主程序
%_N_WS119_700_MPF
N10 R44=-800.000 ;W轴的机床坐标即G54的W0
N15 R45=+180.162 ;工件平面找正时的B值机床坐标即工件坐标G54的b0
N20 R42=+170.151 ;Y轴的机床坐标即G54的Y0
N25 R88=-23.120 ;回转中心Z轴的机床坐标
N30 R89=0.021 ;回转中心Z轴机床坐标
N35 R1=422.4-R89 ;G0G54B0时工件圆心X的机床坐标同X轴回转中心的矢量
/N40 R3=-1250-R89 ;G0G54B-90时工件圆心在X方向的机床坐标同X轴回转中心的矢量 左减右
N45 R3=778.115+R44-R88 ;(Z1M-刀长=ZW)工件圆心在Z方向的机床坐标同B轴回转中心的矢量
N50 IF R1==0 GOTOF MARKE_0 ;(工件圆心摆放得同R88重合的情况即R1=0很少见.)
N55 IF R1<>0 GOTOF MARKE_1
N60 MARKE_0:
N65 R80=R3 ;R
N70 R81=90 ;定位角=90不等于-90度是因为R3和R80永远是正值。
N75 GOTOF MARKE_3
N80 MARKE_1:
N85 R80=SQRT(POT(R3)+POT(R1)) ;R
N90 R81=ATAN2(R3,R1) ;定位角
N95 MARKE_3:
N100 R82=-40; ;B旋转加工角度
N105 R83=R81+R82 ;定位角与B旋转加工角度的和
N110 R43=SIN(R83)*R80+R88-(R44) ;工件圆心Z轴坐标
N115 R41=COS(R83)*R80+R89 ;工件圆心X轴坐标
N120 $P_UIFR[1]=CTRANS(X,R41,Y,R42,Z,R43,W,R44,B,R45)
N125 M00
N130 G0G54B=R82 W0X0
N131 M00
N135 G01F4000Z=回转工件图纸直径/2D1
N140 M30
三实例圆心追踪程序
1程序:
N10 R44=-800.000
N15 R45=+180.000
N25 R88=-23.120
N35 R1=422.4-R89
N45 R3=778.115+R44-R88
N50 IF R1==0 GOTOF MARKE_0
N55 IF R1<>0 GOTOF MARKE_1
N60 MARKE_0:
N65 R80=R3
N70 R81=90
N75 GOTOF MARKE_3
N80 MARKE_1:
N85 R80=SQRT(POT(R3)+POT(R1))
N90 R81=ATAN2(R3,R1)
N95 MARKE_3:
N100 R82=0
AA:
N105 R83=R81+R82
N110 R43=SIN(R83)*R80+R88-(R44)
N115 R41=COS(R83)*R80+R89
N120 $P_UIFR[1]=CTRANS(X,R41,Y,R42,Z,R43,W,R44,B,R45)
N121 T1
N122 M6
N130 G01G90G54G64B=R82W0X0Z0D1
N131 R82=R82+0.1
N135 IF R2<=360 GOTOB AA
N136 G0G54Z100
N140 M30
五结论:经过实践检验,此计算程序准确无误,方便的解决了工件圆心不与工作台中心重合时的加工,实现快捷多工位角度的加工。
参考文献[1]西门子840D编程手册
[2]西门子 高级编程手册
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