四轴加工中心旋转工作台任意点位的坐标系跟踪

2021-05-12 16:08:50 机械文库 机械文库 135人阅读 0人评论

内容摘要:四轴加工中心旋转工作台任意点位的坐标系跟踪田东缙柴新建于宏昭中国航发西安动力控制科技有限公司六〇分厂西安71007760分厂84675174摘要:本文针对四轴卧式加工中心的零点跟随功能,以FANUC、SIMENS系统为研究对象,开发编制宏程序,通过加工中心极坐标编程功能,建立数学模型,基于转台中心自动计算极径、极角,并...

四轴加工中心旋转工作台任意点位的坐标系跟踪

田东缙  柴新建 于宏昭

中国航发西安动力控制科技有限公司六〇分厂  西安 710077  60分厂  84675174

摘要:本文针对四轴卧式加工中心的零点跟随功能,以FANUC、SIMENS系统为研究对象,开发编制宏程序,通过加工中心极坐标编程功能,建立数学模型,基于转台中心自动计算极径、极角,并将数学模型转化为宏程序,进而实现FANUC、SIMENS系统中,工件坐标系与转台中心不重合时,任意位置点位坐标系跟踪功能。

关键词旋转;建模;零点跟踪;宏程序;

Abstract: This article in view of the four axis zero follow of the horizontal machining center, with FANUCSIMENS system as the research object, the macro program is developed by processing center coordinates programming function, establish mathematical model, based on the turntable center automatic calculation diameter , polar angle , and the mathematical model into macro program , and then realize the FANUCSIMENS system , work-piece coordinate system and the turntable center does not , at any position tracing point coordinate system

Key Words:  Rotation  Modeling  Zero tracking  The macro program

一. 问题描述

采用四轴卧式加工中心加工零件时,如果工件坐标系与工作转台的回转中心[1]位置不重合,转台转动一定角度后,工件坐标系相对于机床坐标系的位置就会发生改变,由于FANUC18i、SIMENS840D系统没有零点系统跟踪指令,需要编程人员计算旋转后的工件坐标系或根据旋转后的情况重新建立工件坐标系[2],计算过程复杂,容易出现错误。如图1所示,定位基准与转台中心不重合。

通常情况下,大多数采用设多个坐标系的方法,也可以通过计算机辅助作用找点的方法,但结合实际加工零件的特点,这种方法,耗时费力,而且跟工艺沟通不好,容易出错,这里重点介绍,一种基于数学模型的宏程序自动换算和转移工件坐标系的方法,可使CNC数控系统根据数控程式自动运算出结果,并通过偏移的方式建立新的坐标系统,因卧式加工中心机床Y方向的坐标值不会随着转台的旋转而发生变化,所以我们要换算的坐标实际上只有X、Z轴上的坐标。

四轴加工中心旋转工作台任意点位的坐标系跟踪 

1 定位基准与转台中心不重合

二. 实施过程

1. 建立数学模型

首先坐标系跟随我们要达到的目的,旋转后的某一点点位在工件坐标系中的直角坐标值,根据这个目的我们建立数学模型,如图2所示。

 

2 旋转后的坐标

O为转台中心,转位前的工件坐标为1点,在转台旋转一个角度A后(顺时针旋转A为正值,逆时针旋转为负值)1点在转台上的位置为2点(X2 ,Z2)通过数学关系我们可以求出X2和Z2的数值(X1,Z1)(X2,Z2)均是以转台中心为原点建立的直角坐标系中的坐标值。

建立几何模型,通过三角函数运算可得:

X2=SQRT(X1×X1+Z1×Z1)×SIN[ATAN(X1/Z1)-A]

Z2=SQRT(X1×X1+Z1×Z1)×COS[ATAN(X1/Z1)-A]

上式中X1 、Z1坐标我们可以通过1点和转台中心O点相对于机床坐标系零点的位置坐标求出,即通过这两点在机床坐标系(m)的坐标进行运算,方法如下:

X1=X1m-X0m     Z1=Z1m-Z0m

通过以上数学运算就可以求出,2点相对于转台的坐标。

FANUC系统宏程序的编制及应用方法

根据以上数学模型的运算,利用机床CNC的宏程序编程语言,将数学运算转换为数控程序,并将该程序固化在CNC存储器中,通过机床运行程序自动计算处转台旋转后的新坐标,并为新坐标的偏移实现跟踪,具体宏程序如下:(HX504机床转台中心在机床坐标系中的位置为固定的X=-381   Z=-919.957)

 

3 坐标旋转示例

O999

#27=#24+381+#21                 (求X1)

#28=#26+919.957+#23             (求Z1)

#29=SQRT[#27*#27+#28*#28]     (求出旋转半径)

#30=ATAN[#27]/[#28]         (求初始角度)

#31=#29*SIN[#30-#1]           (求X2)

#32=#29*COS[#30-#1]           (求Z2)

#15=#31-[#24+381]             (2点对1点X方向的矢量)

#16=#32-[#26+919.957]        (2点对1点Z方向的矢量)

G52  X#15  Z#16           (利用局部坐标偏移功能设置新工件坐标)

M99(宏程序结束)

程序中“#”各变量是对应字母如下

#24-X #26-Z #21-U #23-W #1-A,分别代表前文中提到的X1m,Z1m。相对失量U,W和角度A,其它变量是为了便于计算而设的过度变量。

在具体应用时,只需要将原坐标点值及旋转角度赋值即可,适合于直角坐标系下任何象限的旋转变换,计算精确,调用方便,结果可靠。值得注意的是,如果工件坐标系X坐标设在了X轴向上,z1=0,使得三角函数运算中分母为零,此程序会产生报警,所以装夹夹具时要避免将零点设在X轴上。

调用时,只需在主程序中加入G65 P999 X_ Z_ U_ W_ A_。X Z 为旋转前的工件坐标系(X1m ,Z1m) u, w为坐标系如果需要转移的情况下的附加偏移量A为转台旋转的角度。

3、 SIEMENS系统宏程序的编制及应用方法

零点跟随功能的实现,通常情况下,操作者一般 将工件的初始零点输入到G54中,HELLER机床零点为X0Y0Z0,且与工作台回转中心重合。

 参数应用范围:R100,R101对应X轴,R200,R201对应Z轴。

子程序

L1000;

N10 R111=SQRT((R100+R101)*(R100+R101)+(R200+201)*(R200+201))   

  (求出工件坐标点与旋转中心的距离值)

N20  R112=ATAN2((R100+R101),(R200+201))       

    (求出工件坐标点与在以旋转中心为原点的坐标系中的夹角)


标签:工作  中心  加工  任意  跟踪  

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