徐 鑫

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西門(mén)子系統(tǒng)G54、G55雙坐標(biāo)系在端面外圓磨削中的應(yīng)用

徐 鑫

(上海機(jī)床廠有限公司 上海 200093)

介紹了SIEMENS系統(tǒng)中G54、G55雙坐標(biāo)系在端面外圓磨削中的運(yùn)用，闡述了SIEMENS系統(tǒng)中坐標(biāo)系的建立和偏置的原理；針對(duì)端面外圓磨削的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了磨削加工程序中的關(guān)鍵步驟；優(yōu)化端面外圓磨削程序的編寫(xiě)，方便了操作者的使用。

SIEMENS數(shù)控系統(tǒng) 端面外圓磨削 雙坐標(biāo)系 坐標(biāo)系偏置

數(shù)控端面磨床是斜砂輪架斜向切入進(jìn)給的磨床，主要用于磨削帶肩胛的軸類(lèi)零件的端面和外圓。適宜于大批量零件生產(chǎn)的車(chē)間使用，也可作為普通外圓磨床來(lái)磨削圓柱形或圓錐形的回轉(zhuǎn)體工件。配置MARPOSS或者其他品牌的測(cè)量?jī)x，可實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削的閉環(huán)控制，自動(dòng)補(bǔ)償砂輪修正時(shí)砂輪和金剛刀上的磨損量。

1 坐標(biāo)系的建立

1.1 機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)系是以機(jī)床自身為基準(zhǔn)的固有坐標(biāo)系體系，擁有固定的坐標(biāo)原點(diǎn)，也稱(chēng)為機(jī)床零位。機(jī)床零位由機(jī)床的生產(chǎn)廠家設(shè)定，采用相對(duì)編碼器的機(jī)床在床身上裝有回零撞塊，配合接近開(kāi)關(guān)完成回零。采用絕對(duì)值編碼器的機(jī)床在需要位置設(shè)定完零位后無(wú)需再次回零，機(jī)床上電后直接處于回零狀態(tài)，此過(guò)程叫做“回參考點(diǎn)”，也是機(jī)床坐標(biāo)系的建立方法。

1.2 工件坐標(biāo)系

圖1 機(jī)床坐標(biāo)系MCS與工件坐標(biāo)系WCS

工件坐標(biāo)系是以裝夾好的工件為基準(zhǔn)建立起來(lái)的坐標(biāo)系。其方向上的值直接能反應(yīng)工件的外徑尺寸，其方向或方向的零點(diǎn)一般取工件工藝圖紙上的基準(zhǔn)面。建立工件坐標(biāo)系后，機(jī)床在進(jìn)行磨削加工時(shí)可以簡(jiǎn)單地按照工藝圖紙輸入尺寸來(lái)完成對(duì)工件的加工。

1.3 端面外圓磨床上工件坐標(biāo)系的建立

考慮到磨床的特殊性，在磨削時(shí)，砂輪是刀具，工件是被加工者；在修整砂輪時(shí)，砂輪反過(guò)來(lái)是被加工者，金剛刀金剛筆是刀具。所以用這個(gè)思路來(lái)分別建立其G55修整坐標(biāo)系和G54工件坐標(biāo)系。

(1)把砂輪修整的起始點(diǎn)定為G55坐標(biāo)系的原點(diǎn)。在進(jìn)行砂輪安裝或更換金剛筆后的初次砂輪修整對(duì)刀時(shí)，運(yùn)行如下程序便可以方便的把修整起始點(diǎn)變成所需要的數(shù)值。

修整徑向?qū)Φ兜某绦蛉缦拢?/p>

G55 切換到G55坐標(biāo)系

75=$P_UIFR[2,,TR] 讀取軸偏置

74=$AA_IM[] 讀取軸當(dāng)前機(jī)械坐標(biāo)

STOPRE 預(yù)讀停止

$P_UIFR[2]=CTRANS(,74,,75) 刷新坐標(biāo)偏置

G55

74=0參數(shù)清0

75=0參數(shù)清0

M02 程序結(jié)束

修整軸向?qū)Φ兜某绦蛉缦拢?/p>

G55

76=$P_UIFR[2,,TR]

77=$AA_IM[]

STOPRE

$P_UIFR[2]=CTRANS(,76,,77)

G55

76=0

77=0

M02

以上兩個(gè)程序可以在對(duì)刀完成的位置分別自行調(diào)用并運(yùn)行，也可以通過(guò)PLC連接外部按鈕進(jìn)行一鍵調(diào)用運(yùn)行。執(zhí)行完這兩個(gè)程序后，G55修整坐標(biāo)系就建立完成。在執(zhí)行修整程序時(shí)，只要先走到G55坐標(biāo)系的零位后沿著砂輪的輪廓走刀就能完成修整過(guò)程，簡(jiǎn)單直觀。

(2)把工件的中心軸線以及一個(gè)基準(zhǔn)端面作為G54坐標(biāo)系的原點(diǎn)，也就是通常說(shuō)的工件坐標(biāo)系WCS。

在砂輪和金剛筆更換后的多次修整后需要重新對(duì)工件徑向?qū)Φ丁?duì)一個(gè)已磨光的工件進(jìn)行對(duì)刀，然后在R100參數(shù)里輸入千分尺測(cè)量出的該工件的外徑值并運(yùn)行如下程序：

G54

71=$P_UIFR[1,,TR]

70=$AA_IM[X]

70=70-100/2 計(jì)算工件外徑偏置量

STOPRE

$P_UIFR[1]=CTRANS(,70,,71)

G54

70=0

71=0

M02

運(yùn)行程序后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)G54坐標(biāo)系的徑向軸坐標(biāo)會(huì)變成所測(cè)量出來(lái)的數(shù)值時(shí)，也就完成了工件坐標(biāo)系外徑方向的建立。在不更換砂輪金剛刀以及不發(fā)生誤操作和事故的情況下，這個(gè)操作只需要完成一次，不必反復(fù)運(yùn)行。

當(dāng)每次更換工件種類(lèi)時(shí)，需要重新對(duì)軸向端面定位，即需要重新找基準(zhǔn)面對(duì)工件基準(zhǔn)端面進(jìn)行對(duì)刀，運(yùn)行如下程序：

G54

72=$P_UIFR[1,,TR]

73=$AA_IM[Z]

STOPRE

$P_UIFR[1]=CTRANS(,R72,,R73)

G54

STOPRE

72=0

73=0

M02

運(yùn)行程序后，G54坐標(biāo)系的軸向坐標(biāo)會(huì)清零，也就是把該點(diǎn)定位在了WCS下的方向的0位。

G54工件坐標(biāo)系建立的好處就是，對(duì)于不同尺寸的工件只需要記錄其一組工藝數(shù)據(jù)，在需要加工時(shí)，把這組數(shù)據(jù)輸入?yún)?shù)就能進(jìn)行工件的加工了，尤其適合大批量且頻繁變換加工工件的車(chē)間使用。

2 砂輪修整的補(bǔ)償

根據(jù)坐標(biāo)系選取的不同，數(shù)控加工程序在做砂輪修整補(bǔ)償時(shí)候的方法也會(huì)有所不同。根據(jù)上述的坐標(biāo)系建立方法，在修整砂輪程序中嵌入子程序來(lái)對(duì)砂輪修整量進(jìn)行坐標(biāo)補(bǔ)償。

坐標(biāo)補(bǔ)償程序如下：

G55

60=(53+54)/2 計(jì)算修整量

61=$P_UIFR[2,,TR]

61=R61-R60軸方向進(jìn)行修整補(bǔ)償

62=$P_UIFR[2,,TR]

62=62-55軸方向進(jìn)行修整補(bǔ)償

STOPRE

$P_UIFR[2]=CTRANS(,61,,62)

STOPRE

63=$P_UIFR[1,,TR]

63=63-60

64=$P_UIFR[1,,TR]

64=64-55

STOPRE

$P_UIFR[1]=CTRANS(,63,,64)

G55

61=0

62=0

63=0

64=0

M17

其中53是徑向方向上的粗修整量；54是徑向方向上的精修正量；60是它們的總和；55是軸向方向上補(bǔ)償?shù)牧?。補(bǔ)償時(shí)，把這個(gè)修整量同時(shí)偏置進(jìn)G54和G55坐標(biāo)系，理論上這樣就能保證砂輪的輪廓在G54和G55的坐標(biāo)系下不變，相當(dāng)于砂輪作為刀具不考慮其損耗。

3 對(duì)刀儀的反饋補(bǔ)償

由于工件工裝和工件中心孔不盡相同，會(huì)產(chǎn)生裝夾工件后在軸向上有些許偏差。在加工前用對(duì)刀儀接近工件基準(zhǔn)端面，發(fā)訊時(shí)調(diào)用如下補(bǔ)償程序：

G54

80=$P_UIFR[1,,TR]

81=$AA_IM[Z]

81=81+82 計(jì)算中心孔偏差

STOPRE

$P_UIFR[1]=CTRANS(,80,,81)

G54

STOPRE

80=0

81=0

M17

該補(bǔ)償程序可以彌補(bǔ)工裝和中心孔造成的軸向偏差。其中，82是砂輪與對(duì)刀儀間的距離，最初可以通過(guò)把對(duì)刀儀與砂輪分別對(duì)刀一個(gè)基準(zhǔn)面的坐標(biāo)差來(lái)得到。在砂輪端面修整后雖然會(huì)存在誤差，但是總體來(lái)說(shuō)端面加工的要求不是很高，所以只要在必要時(shí)人為的修改82就可以保證生產(chǎn)要求。

4 外徑測(cè)量?jī)x的反饋補(bǔ)償

4.1 理想補(bǔ)償和生產(chǎn)實(shí)際情況偏差的分析

理論上，在砂輪修整后補(bǔ)償程序修整的余量就可以保證砂輪的輪廓在兩個(gè)坐標(biāo)系下的相對(duì)位置。但實(shí)際使用下來(lái)發(fā)現(xiàn)，隨著修整次數(shù)的不斷增加，修整完的工件進(jìn)刀量也會(huì)不斷增加，結(jié)果會(huì)發(fā)生進(jìn)刀火花越來(lái)越大甚至鍘刀的情況。

試著分析可能的情況，因?yàn)榻饎偟缎拚且渣c(diǎn)修面，金剛刀在砂輪上的修整痕跡其實(shí)是螺旋線式的軌跡，也就是可能不是砂輪上所有點(diǎn)都能修得到，可能有高點(diǎn)和低點(diǎn)。如果反復(fù)修整都沒(méi)有修掉高點(diǎn)的話，那么高點(diǎn)進(jìn)刀時(shí)就會(huì)造成更大的火花。

但經(jīng)過(guò)嘗試，修整一個(gè)量后多次反復(fù)不進(jìn)刀空走來(lái)切除高點(diǎn)，結(jié)果仍然存在這種現(xiàn)象。所以上述可能性不是主要影響要素。

那么為什么會(huì)有這種現(xiàn)象呢？那是因?yàn)樯拜喿鳛榈毒咴谶M(jìn)行加工時(shí)會(huì)發(fā)生損耗，金剛刀在修整砂輪時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生損耗。普通廉價(jià)的金剛筆在修整數(shù)次后，金剛石部分就可以觀察到明顯的形變。修整后進(jìn)刀量增加的量其實(shí)等同于金剛刀易損的量。

4.2 利用測(cè)量?jī)x補(bǔ)償彌補(bǔ)金剛刀的易損

既然理論上的補(bǔ)償仍舊存在偏差，不能滿足加工精度的要求，那么就需要有一個(gè)反饋的手段來(lái)促進(jìn)進(jìn)一步的補(bǔ)償。

外徑測(cè)量?jī)x被廣泛應(yīng)用于高產(chǎn)的小型外圓磨床和端面外圓數(shù)控磨床上，有著對(duì)測(cè)量檔磨削成品精度高的優(yōu)點(diǎn)。利用這個(gè)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行第二次補(bǔ)償來(lái)控制磨削時(shí)的精度。

外徑測(cè)量?jī)x在磨削到尺寸時(shí)，理論上工件坐標(biāo)系顯示的坐標(biāo)和工件尺寸是一樣的，這里再次調(diào)用一個(gè)補(bǔ)償子程序，可以消除砂輪修整時(shí)產(chǎn)生的誤差。

第二次坐標(biāo)補(bǔ)償：

G54

130=$AA_IM[]

131=$P_UIFR[1,,TR]

130=130-101/2 計(jì)算二次補(bǔ)償量

STOPRE

$P_UIFR[1]=CTRANS(,130,,131)

G54

130=0

131=0

M17

其中，101是測(cè)量工件的尺寸。即把此位置的坐標(biāo)設(shè)為該檔的尺寸，這樣砂輪修整時(shí)多出的補(bǔ)償量就消除了。

圖2 坐標(biāo)系補(bǔ)償流程圖

大批量生產(chǎn)時(shí)，反復(fù)通過(guò)砂輪修整補(bǔ)償增加砂輪的進(jìn)刀量，從而保證一個(gè)閉環(huán)的補(bǔ)償循環(huán)。

5 結(jié)語(yǔ)

在加工中，通過(guò)坐標(biāo)系的規(guī)范和自動(dòng)補(bǔ)償功能對(duì)砂輪進(jìn)行修整，根據(jù)坐標(biāo)變化可以清楚地掌握砂輪的修整軌跡。使得操作者的操作簡(jiǎn)化，并能幫助維修人員查找故障原因，從而提高了機(jī)床的可靠性。

[1] Sinumerik 840D_840Di_810D高級(jí)編程手冊(cè)[Z].2006.