通过坐标系自动转换程序解决凹球面加工

梁骊龙，丁岩，王晓东

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

1 编程原点转换问题

图1

图2

图3

图4

图5

待加工零件为汽轮机转子分度专机上两端支撑转子的支架（图1），其内侧设计有油兜群，以提供静压浮起支撑轴瓦的条件。油兜群的加工由带有回转台TK6513B 数控刨台镗完成（图2）。该机床按国标配置坐标系统。

编制加工中部的油兜程序时，刀具轴线垂直于已加工的前端面（如图3 所示状态），可以正常完成加工。但加工图1 两边的油兜时，如果刀具轴线仍然垂直于前端面，在考虑了镗轴及刀柄的因素后，CAM 软件为了躲避镗轴与零件干涉（图4），油兜面部分无刀具轨迹生成（图5）。为了完成加工，在CAM软件端将刀具轴转过35°刀柄、镗轴无碰撞情况出现（图6、7）。

根据TK6513 机床结构配置情况，软件中旋转刀轴的工作在该机台上需要由转台B 轴旋转来实现。而旋转工作台引入了以下问题：编程原点的位置及方向随着工件的转动也发生了改变，同时在CAM 端参数做相应修改。

以往找到转过后的编程原点通常是直接在工件上对刀的方式，或者将工件放置于特定位置，同时将编程零点设置在转台的中心，使编程原点在回转过程位置不变。

第一种方式对刀时，需要工件自身有可找到的精基准（如圆柱面），而此零件在加工中间油兜时的编程坐标系设置在了两直边的交点上（图7工件的右下角处）。当转过35°后将无法精确找到该点。第二种方式和专用工装一起配合使用，这样对于小批量加工并不经济。

图6

图7

为此，提出开发工件任意位置安夹工件旋转后自动跟踪编程原点的程序，同时配合CAM 软件中进行相应参数协调的方式完成该件的自动加工。最终实现：工件任意位置安夹→定第一个加工原点→运行加工中间部分凹球面程序→运行跟踪原点程序→运行加工两侧球面程序的自动加工过程。

2 问题的解决过程

2.1 UG 端的设置

在UG 编程时应该将编程坐标系转35°，与机床坐标系配置坐标系方向保持一致。在几何父节点中编辑MCS，动态转动编程坐标系转过35°；同时在操作父节点中编辑固定轴轮廓铣操作，通过机床选项来定义刀具轴方向，刀具轴选择ZM+重生刀轨。如图8 所示。其中浅灰色部分表示转台及工件回转后加工两侧凹球面的的状态，深灰色部分表示为工作台转前即加工中间凹球面时的状态。

图8

2.2 西门子840D 数控系统端的程序开发

2.2.1 总体构架的确定

图9

分析工况抽取模型：转动前后编程原点在工件上的位置不变，它始终围绕着转台中心旋转：图9中a 点是G54（转前）工件坐标系原点，b 点是G55（转后）工件坐标系原点。

图10

840D 坐标系统的结构为（图10）：MCS→BCS→BZS→SZS→WCS在铣床版中各坐标系间为累加的关系。其中的G54、G55为SZS 即可设置的坐标系，对应图9的a、b 点。当编程框架变量为0 时SZS与WCS 重合。机床不涉及到运动学变换，故BCS 与MCS 重合。根据机床配置情况，对坐标系进行了如图11 所示的分配。

图11

坐标系的移动（偏移）实现方式为：偏移数值只可在界面上输入或通过框架变量赋值。为了自动找到偏移数值，可用G54在JOG 方式下，通过对刀功能找到工作台中心偏移数值，最后通过赋值命令，将G54中的偏移数值传递给BZS 框架变量，从而将BZS 移动至回转台中心。完成基本坐标系偏移后，G54 JOG 方式下，通过对刀功能实现WCS 偏移至工件上。

2.2.2 完成MCS 到BZS的偏移

（1）用检棒及量块，在JOG 下通过对刀功能将G54精确地设置在工作台回转中心上。

（2）在MDi 下通过运行$p_ubfr=$p_uifr［1］程序段，将G54 表格中的数值转移至base中，从而完成了将BZS平移到了工作台回转中心。

（3）将G54 偏移表格中的数值清0。在MDi 执行G500 命令。此时BZS坐标系被激活，至此G54的偏移不再参照MCS 了，而是BZS 即转台中心。

2.2.3 完成BZS 到WCS的偏移

图12

在转台上，任意位置安夹工件。找正各直面后面后，在JOG 对刀功能下设置G54，X、Y、Z、B 各轴清零。

图13

此时G54 偏移界面中的各偏移值均为相对于BZS 了，即形成了图13的关系：a 点的X、Z坐标值是G54 偏移界面中的各偏移值。

2.2.4 编制跟踪编程原点的程序

（1）设置全局用户变量GUD新建GUD4.def，在.def 文件编辑中定义。

图14

def nck frame CTWENTY ；定义一个框架变量（在NCK 范围内有效，下同）用于储存坐标系偏移的方式

修改后保存，激活GUD4 全局变量。

图15

（2）明确级联运算符：（chaining operator）及框架变量的关系，符号“：”是用于框架变量间的变换合成符号。

（3）将G54 坐标系偏移到新的位置（b点）框架变量$p_uifr［1］（BZS 到G54的变换）：框架变量CTWENTY（G54 到转过35°后位置

的变换）合成为BZS 到转过35°后的点（b 点）位置变换。程序段如下：

执行该程序，至此G54 坐标系就偏移到了转过35°的新的位置了，为了不与原坐标系冲突，将新位置设为G55。达到了最初设想的目的。

2.3 整合所有程序并完成加工

最后将跟踪原点程序封装为带有参数传递的子程序，在加工两侧凹球面前运行一次该子程序。通过组织UG 和该子程序，实现一次装夹、一次设定坐标系，机床自动完成各凹球面的加工。

3 结语

通过对CAM 与840D 协同应用，使零件的精确、高效加工成为可能，减少了人的工作强度并提高了加工精度。