撰文/許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 王曉勇

基于FANUC系統(tǒng)開發(fā)臥式加工中心工件偏置自動創(chuàng)建功能

撰文/許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 王曉勇

當(dāng)臥式加工中心加工非正交平面時(shí)，工件坐標(biāo)系的建立是個(gè)難題。本文介紹了利用FANUC系統(tǒng)的宏編程技術(shù)，針對非正交平面，開發(fā)工件偏置自動創(chuàng)建宏程序的過程。該宏程序能夠自動讀取已知數(shù)據(jù)，計(jì)算工件偏置，向數(shù)控系統(tǒng)輸入計(jì)算結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)自動建立工件坐標(biāo)系的功能。

臥式加工中心是指機(jī)床主軸處于水平狀態(tài)的加工中心，這類機(jī)床通常配置一個(gè)繞固定軸線360度旋轉(zhuǎn)的分度工作臺，X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸加一個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，適合箱體類零件的加工，工件一次裝夾，除了安裝底面和頂面之外，可以完成至少四個(gè)側(cè)面的加工。

臥式加工中心加工零件時(shí)，每個(gè)角度平面都要建立工件坐標(biāo)系。在0°、90°、180°、270°這四個(gè)正交平面上，操作工可以方便的通過量棒或探頭等工具，測量工件偏置值，建立工件坐標(biāo)系。但是，當(dāng)加工非正交平面（如30°平面）時(shí)，測量工件偏置是個(gè)繁瑣但必需要解決的問題。

確定非正交平面工件偏置的方法有多種，其中最常用的方法是，技術(shù)人員通過手工計(jì)算或者電腦繪圖確定。在計(jì)算之前，需要收集機(jī)床數(shù)據(jù)、零件數(shù)據(jù)和現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)三個(gè)方面的信息，如表所示。其中機(jī)床數(shù)據(jù)和零件數(shù)據(jù)對于特定機(jī)床和零件是固定的，而現(xiàn)場數(shù)據(jù)需要零件在機(jī)床上裝夾、定位后才能測量，因此，出現(xiàn)了技術(shù)員等待操作工現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，而操作工等待技術(shù)員計(jì)算結(jié)果的現(xiàn)象，造成機(jī)床停機(jī)，降低了機(jī)床有效作業(yè)率。

為了解決非正交平面加工基準(zhǔn)點(diǎn)工件偏置的計(jì)算問題，我們利用數(shù)控系統(tǒng)的宏編程功能，開發(fā)了針對多種數(shù)控系統(tǒng)的宏程序，作為固定循環(huán)植入數(shù)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)任意角度平面工件偏置的自動創(chuàng)建功能，徹底解決了現(xiàn)場人工計(jì)算工件偏置的環(huán)節(jié)。下面以FANUC系統(tǒng)為例，介紹宏程序的開發(fā)過程和具體應(yīng)用。

表 人工計(jì)算工件偏置需要收集的數(shù)據(jù)信息

一、推導(dǎo)工件偏置的數(shù)學(xué)計(jì)算模型

開發(fā)宏程序的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)在于根據(jù)已知條件，推導(dǎo)正確的工件偏置計(jì)算公式。為此，我們建立以下命題，如圖1所示，工件在擺正（0°）的情況下，已知工件上一個(gè)參考基準(zhǔn)點(diǎn)，該點(diǎn)相對于機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)為（XG54，YG54，ZG54），機(jī)床工作臺的回轉(zhuǎn)中心相對于機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)為（X回，Z回），已知工件上任意一點(diǎn)A，該點(diǎn)相對于參考基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值為（I，J，K）。如圖2所示，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)任意角度β°后，點(diǎn)A轉(zhuǎn)到點(diǎn)B，求點(diǎn)B相對于機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)值（X偏，Y偏，Z偏）。

推導(dǎo)過程：

如圖3所示，在Z-X坐標(biāo)系下。

綜合圖1、圖2的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

R×cosα=ZG54+K-Z回

圖1 工件偏置計(jì)算命題的已知條件

所以，可得：

圖2 工件偏置計(jì)算命題的求解目標(biāo)

圖3 工件偏置推導(dǎo)關(guān)鍵三角形示意圖

圖4 工件偏置關(guān)鍵三角形直角邊計(jì)算公式

因?yàn)閅軸方向的工件偏置和工作臺旋轉(zhuǎn)無關(guān)，所以，根據(jù)已知條件，最終點(diǎn)B的工件偏置計(jì)算公式如下，經(jīng)過驗(yàn)證，公式準(zhǔn)確無誤。

工件偏置計(jì)算公式：

二、FANUC系統(tǒng)宏程序的編制

要實(shí)現(xiàn)“工件偏置”自動創(chuàng)建功能，需要利用數(shù)控系統(tǒng)的宏編程平臺，開發(fā)一個(gè)能夠根據(jù)已知條件，自動讀取參考基準(zhǔn)點(diǎn)的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，自動計(jì)算工件偏置數(shù)據(jù)并寫入數(shù)控系統(tǒng)的宏程序，然后將該宏程序存儲到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存中，作為機(jī)床定制固定循環(huán)使用，通過零件加工主程序中編制宏調(diào)用指令調(diào)用，實(shí)現(xiàn)各種非正交平面工件坐標(biāo)系的自動創(chuàng)建。

按照上述思路，我們根據(jù)上面推導(dǎo)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，針對FANUC系統(tǒng)，開發(fā)了能夠根據(jù)已知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“工件偏置”自動計(jì)算和輸入的宏程序，宏程序結(jié)構(gòu)及注釋如下。

三、宏調(diào)用指令及使用說明

根據(jù)編制的宏程序，我們確定FANUC系統(tǒng)的宏調(diào)用指令格式如下。

G65 P_ A_ X_ Y_ Z_ B_ H_

注釋：

G65 （宏調(diào)用指令）

P_ （調(diào)用的宏程序號，如P7010）

A_ （參考基準(zhǔn)點(diǎn)的工件偏置號，1-48或54-59，對應(yīng)坐標(biāo)系G54.1 P1-P48和G54-G59）

X_（非正交平面坐標(biāo)系原點(diǎn)相對于參考基準(zhǔn)點(diǎn)的X坐標(biāo)值，有+/-之別）

Y_（非正交平面坐標(biāo)系原點(diǎn)相對于參考基準(zhǔn)點(diǎn)的Y坐標(biāo)值，有+/-之別）

Z_（非正交平面坐標(biāo)系原點(diǎn)相對于參考基準(zhǔn)點(diǎn)的Z坐標(biāo)值，有+/-之別）

B_（旋轉(zhuǎn)角度）

H_（建立非正交平面坐標(biāo)系的工件偏置號，1-48或54-59，對應(yīng)坐標(biāo)系G54.1 P1-P48和G54-G59，注意和A_中的不要相同）

四、宏程序特點(diǎn)及注意事項(xiàng)

（1）該宏程序僅適用于工作臺順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正的機(jī)床，否則，需要適當(dāng)調(diào)整。

（2）針對不同的臥式加工中心，因回轉(zhuǎn)中心的機(jī)床坐標(biāo)不同，需要查閱機(jī)床手冊或者根據(jù)實(shí)際校調(diào)數(shù)據(jù)，對宏程序中 #4和#6的變量值進(jìn)行調(diào)整，其中#4對應(yīng)X，#6對應(yīng)Z。

（3）使用前，必需在零件“擺正”狀態(tài)下，建議為0°，測量參考基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)偏置值，輸入宏調(diào)用指令參數(shù)A指定的偏置中，如G54，建立計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，供宏程序內(nèi)部計(jì)算調(diào)用。

（4）宏調(diào)用指令中，由參數(shù)A和H指定參考點(diǎn)偏置號和建立非正交平面工件零點(diǎn)偏置號，可以根據(jù)程序中非正交平面的數(shù)量，選擇G54-G59，或者G54.1 P1-P48，二者不能相同。

（5）宏調(diào)用指令中，參數(shù)A和H要正確輸入，超出取值范圍的賦值將會觸發(fā)報(bào)警。

（6）宏調(diào)用指令一般放在主程序的開始，零件有幾個(gè)非正交平面，就需要幾行宏調(diào)用指令，主程序執(zhí)行時(shí)，工件偏置自動計(jì)算，并寫入數(shù)控系統(tǒng)指定的工件偏置設(shè)定區(qū)，建立工件坐標(biāo)系，供主程序調(diào)用。

五、效果驗(yàn)證

宏程序編制完成后，為了驗(yàn)證工件偏置自動創(chuàng)建功能的有效性，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，我們設(shè)計(jì)了5組不同數(shù)據(jù)，在公司兩臺配置FANUC 310i系統(tǒng)的臥式加工中心上進(jìn)行驗(yàn)證，采用的方法是分別在兩臺設(shè)備上進(jìn)行不同旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)值驗(yàn)證，并將計(jì)算結(jié)果與CAD軟件繪圖采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，二者計(jì)算結(jié)果完全一致。

六、結(jié)語

利用FANUC系統(tǒng)的宏編程技術(shù)，開發(fā)的臥式加工中心工件偏置自動創(chuàng)建功能，解決了臥式加工中心在加工非正交平面時(shí)，工件坐標(biāo)系的建立難題，消除了人工重復(fù)計(jì)算工件偏置的環(huán)節(jié)，降低了技術(shù)人員的工作量和出錯(cuò)率，減少了機(jī)床停機(jī)等待時(shí)間。