使用西门子828D系统设置工件原点

■天津职业技术师范大学实训中心　（300222）　何　　欣

使用西门子828D系统设置工件原点

■天津职业技术师范大学实训中心（300222）何欣

摘要：西门子828D数控系统采用了西门子最新设计的人机交互界面——Sinumerik Operate。与以前的802D sl系统相比，更加人性化，更加突出了机床操作的便利性。尤其是在设置工件原点方面，专门设计了多种带有动画向导的手动及自动工件测量方式，可以方便、快捷地实现工件的找正。

在铣削加工中，工件坐标系原点的确定是非常关键的步骤。确定了工件原点也就确定了工件在机床上装夹的位置，数控加工编程人员在编制NC加工程序时，就可以用工件坐标系来确定刀具和程序的起点。工件坐标系的原点可由编程人员任意确定，但工件坐标系坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系。选择一个适合的位置作为加工的基准，即工件坐标系的原点，既可以简化加工编程的工作量，又可以提高加工的精度。

通常，把确定工件原点的过程称之为找正。所谓“找正”，即是在工件上找到一个适合的位置作为加工基准，并将其设置为工件坐标系的原点。当工件在机床上固定好以后，工件原点与机床原点也就有了确定的位置关系，即两坐标原点的偏差就已确定。这就要测量工件原点与机床原点之间的距离。这个偏差值通常是由机床操作者使用“工件探头”或“寻边器”通过“测量工件”、“设置零偏”等方式完成的。该偏差值通常存储在数控系统的零偏表中，在加工时工件原点与机床原点的偏差值便自动叠加到工件坐标系上，使数控系统按照机床坐标系确定工件的实际坐标，实现零件的自动加工。

西门子系统在手动方式下，借助水平软键【测量工件】就可以轻松实现工件坐标系找正的工作。只需要在人机界面中设定简单的数据，按【循环启动】键即可快速便捷地完成该项功能，有效地缩短了辅助工艺准备所需时间。但是，在测量工件之前必须首先激活测量所用的刀具。刀具被激活后，再进行“测量工件”的操作时，系统便可自动利用刀具长度和半径参数计算出主轴中心与工件原点重合时的位置。

在测量工件之前必须预先激活测量所用刀具，这是西门子828D系统独有的特点，因为在这款系统中集成了刀具管理功能。数控系统可以根据测量的位置和刀具的长度及半径信息自动测算工件坐标系零点的位置，并自动送入系统零偏表。其他的数控系统虽然不要求预先给出刀具的信息，但是在进行工件找正的某些过程中计算工件坐标系数值时，需要人为考虑刀具半径的因素。寻边找正时选取工件的内、外边沿，应对刀具半径数值进行相应的加、减处理。

在西门子828D系统的标准版中，预置了以下5种基本的测量工件方式：①单点测量——边沿。②两点测量——校准边沿。③三点测量——直角拐角。④四点测量——1个圆形凸台。⑤四点测量——1个孔。

1.【边沿】功能

“边沿测量”功能：这是一种单个点位的测量功能，用于测量工件边沿在X和Y轴上的位置，以及工件上表面Z轴位置的测量。由于要用已知“刀长”的刀具在工件上平面测量，所以在测量工件的零平面前要先使用对刀仪进行刀具长度的测量。

（1）以测量工件Z向零平面为例：选用已知“刀长”的4号f10mm立铣刀，通过“Z轴设定器”将工件上表面设定为工件零平面。如图1所示。①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】 按

键。③按操作面板上的水平软键【测量工件】。④按操作面板上的垂直软键【边沿】，操作面板上的垂直软键弹出【X】【Y】【Z】轴选择按键，选择【Z】。⑤在【测量：边沿】窗口中：如图2所示。选择测量结果处理方式：按【方向选择】按键盘中的【上下方向键】选择【零偏】，测量结果会自动送入零偏表的中。按【方向选择】按键盘中的【上下方向键】选择【G54】，测量结果存入第一工件坐标系。测量方向只能选择（-）：从Z轴正方向往负方向接触被测工件，否则会与刀杆发生干涉。在人机对话窗口中“Z0”后面输入“Z轴设定器”的高度：50。⑥按操作面板上的垂直软键【设置零偏】 ，观察【测量：边沿】窗口中“零偏值”Z=-340.121mm，为工件上表面在机床机械坐标系中的位置；“测量值”Z0=49.998mm，为立铣刀的底端距离工件零平面之间的距离，近似为509mm见图3）。

（2）检查零偏表，确认Z向零偏是否已经设置成功：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按键盘上的【参数】按键。③按操作面板上的水平软键【零偏】。④按操作面板上的垂直软键【有效】，显示在G54中的Z值为-340.121mm，如图4所示，与图3中的“零偏值Z－ 340.121mm”正好相对应。

图1

图2

图3

图4

2.【校准边沿】功能

校准边沿是通过对某一边沿上的两个点进行测量（见图5、图6），从而得到工件边沿与机床坐标轴的夹角并自动补偿。SIEMNES 828D系统在工件装夹后 ，如果工件边沿与机床坐标轴间存在夹角，则不需要对其进行拉直操作。在加工大型、复杂型工件时，由于工件体积较大、不易移动，所以对工件进行拉直找正尤其费时、费力。若使用“校准边沿”功能则能大大提高工件找正的效率。而其他数控系统没有“校准边沿”功能，只好预先测量“工件边沿”与机床坐标轴之间的夹角或是对工件进行校直操作。

图5

图6

（1）下面以3D探头的应用为例，使用“3D探头”及“校准边沿”功能测量工件X轴与机床坐标X轴的夹角。①按机床控制面板上的【手动方式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】按键。③按操作面板上的水平软键【测量工件】。④按操作面板上的垂直软键【校准边沿】。⑤在【测量：校准边沿】窗口中：如图7所示，选择测量轴处理方式：按软件选择【零偏】。在测量方式中选择“零偏”，然后选择G54。如图在测量轴中选择需要的轴以及测量方向（+Y）。输入工件边沿与基准轴之间的【设定角】α=0。⑥将3D探头分别移动到P1和P2点附近，按控制面板上的【循环启动】键。因为刀具选择为“3D探头”，所以机床会分别自动完成保存P1和保存P2的动作，如图7所示。按软件【设置零偏】，数值进行计算并储存到G54中，显示工件边沿与基准轴的夹角α，并激活相应零偏即旋转角度。测量后的结果如图8所示。

（2）检验：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按键盘上的【参数】按键。③按操作面板上的水平软键【零偏】。④按操作面板上的垂直软键【详细资料】，显示在G54中的Z的“旋转角度”为-0.161°，如图9所示。

（3）注意：①P1点在被测

边沿左边，P2点在被测边沿右边，二者切勿颠倒位置。②依照被测边沿的长度P1与P2的间距越大，测量出的结果越精准。③测量轴判断：+Y表示刀具沿着Y轴，从负向往正向去接近工件。④设定角：如果设定角为0，意味着测量工件坐标轴与机床坐标轴之间的夹角，如果设定角不为0，则测量工件坐标轴与旋转相应角度后的机床坐标轴之间的角度。

图7

图8

图9

3. 【直角拐角】功能

直角拐角测量，对工件的某个为直角的内角、外角进行三点测量。一举两得即可以得到工件坐标（G54）又可得到工件与机床坐标轴夹角。直角拐角测量包含了校准边沿功能（见图10）。

操作步骤如下：

（1）使用“寻边探头”及“直角拐角”功能测量工件左下角的两边沿并得到工件的旋转角度。①按机床控制面板上的【手动方式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】 按键。③按操作面板上的水平软键【测量边沿】。④按操作面板上的垂直软键【直角拐角】。⑤在【测量：直角拐角】窗口中：如图11所示，选择测量轴处理方式：按软件选择【零偏】。按软件【零偏选择】进入零偏列表，移动光标选择指定的零点偏移，然后按软件【选择零偏】（G55）。如图在【角】中，然后按软件【选择零偏】键，选择：外角。如图在【位置】中，然后按软件【选择零偏】键，因为要对左下角进行测量，所以位置选择：位置一。如图在【X0】 【Y0】中，X0=0 Y0=0。其中，X0、Y0中输入的数值为“工件零偏“G55与实际测量的左下角的相对距离。⑥如图10b所示，手动完成P1点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P1】。⑦如图10c所示，手动完成P2点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P2】。⑧如图10d所示，手动完成P3点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P3】。⑨按控制面板上的【循环启动】键。系统自动完成计算并储存到G55中，测量后的结果如图12所示。

图10

图11

图12

（2）检验：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按键盘上的【参数】按键。③按操作面板上的水平软键【零偏】。④按操作面板上的垂直软键【详细资料】，显示在G55中的X值、Y值、旋转角度与图12的“零偏值”一致。如图13所示。

图13

4. 【1个圆形凸台】功能

使用寻边器通过触碰圆形凸台上的4个点找到圆台中心。但是这个功能仅适用于测量圆形工件的中心，并不能用于测量矩形工件的中心（见图14）。

操作步骤：

（1）激活刀具“寻边探头”，利用“1个圆形凸台”功能测量圆台工件中心，数据存入“零偏”G55。①按机床控制面板上的【手动方式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】 按键。③按操作面板上的水平软键【测量边沿】。④按操作面板上的垂直软键【1个圆形凸台】。⑤在【测量：1个圆形凸台】窗口中：如图15所示，选择测量轴处理方式：按软件选择【零偏】。按软件【零偏选择】进入零偏列表，移动光标选择指定的零点偏移，然后按软件【选择

零偏】（G55）。如图在【X0】【Y0】中，X0=0Y0=0。其中，X0、Y0中输入的数值为“工件零偏”G55与实际测量的左下角的相对距离。⑥如图14a，手动完成P1点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P1】。⑦如图14b，手动完成P2点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P2】。⑧如图14c，手动完成P3点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P3】。⑨如图14d，手动完成P4点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P3】。⑩按控制面板上的【循环启动】键。系统自动完成计算并储存到G55中，测量后的结果如图16所示。

（2）检验：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按键盘上的【参数】按键。③按操作面板上的水平软键【零偏】。④按操作面板上的垂直软键【详细资料】。如图17显示在G55中的X值、Y值的“零偏值”与图16的测量值一致，并且如图16测量完的圆台直径为f97.981mm与圆台的理论直径值f98mm对应。

（3）注意：①P1、P2、P3、P4点应尽可能逼近圆周上的型值点。②P1与P2的Y值相等；P3与P4的X值相等。③P1、P2、P3、P4点的位置不能互换。

图14

图15

图16

图17

5. 常用的扩展测量功能【矩形凸台】

矩形凸台测量功能可以通过对工件上的4个边沿进行间距测量，自动计算出矩形工件中心位置，并设定工件“零偏”，不需要计算坐标数值和刀具半径等参数，使用起来更加方便、灵活。但是“矩形凸台”测量功能不能用于测量圆形凸台的中心。

下面以使用3 D探头对98mm×98mm×30mm的六面体工件进行测量为例，通过工件的4个边沿进行设置“零偏”操作，找到工件上表面的中心并自动设置“零偏”G54（见图18）。

操作步骤如下：

（1）新建参考刀具（3D探头）。

（2）激活参考刀具（3D探头）。

（3）使用“矩形凸台”测量和“寻边探头”对六面体工件中点进行测量，得到中点及“零偏”G54。①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】 按键。③按操作面板上的水平软键【测量边沿】。④按操作面板上的垂直软键【矩形凸台】。⑤在【测量：直角拐角】窗口中：如图19所示，选择测量轴处理方式：按软件选择【零偏】。按软件【零偏选择】进入零偏列表，移动光标选择指定的零点偏移，然后按软件【选择零偏】（G54）。输入工件长度L：98mm，宽度W：98m m，“3D探头”测量深度DZ：8mm。如图在【X0】【Y0】中，X0=0Y0=0。其中，X0、Y0中输入的数值为“工件零偏”G54与实际测量的左下角的相对距离。⑥按控制面板上的【循环启动】键。系统便会自动完成“矩形凸台”测量，并自动计算“零偏”。如图20所示，测量得到工件长度L：98.094mm，宽度W：97.907mm与工件长度对应但稍有偏差。

图18

6.手动测量功能综合应用实例

工件，第一层矩形凸台轮廓，使用“校准边沿”功能在工件的P1、P2两点进行“校

准边沿”测量，得到第一层68mm×68mm×10mm矩形凸台轮廓旋转角度（见图21）。

图19

图20

图21

（1）新建刀具（寻边探头）：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按键盘上的【参数】按键。③按操作面板上的水平软键【刀具清单】后，用【方向选择】按键盘中的【上下方向键】，找一个空的刀位1。④单击操作面板上的垂直软键【新刀具】，就会弹出【收藏】窗口⑤用【方向选择】按键盘中的【上下方向键】找到“寻边探头”，按操作面板上的垂直软键【确认】在【刀具表】中，输入半径：2mm，如图22所示。

（2）激活刀具并调用到主轴（寻边探头）：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】 按键。③按操作面板上的水平软键【T,S,M】。④按操作面板上的垂直软键【选择刀具】 用【方向选择】按键盘中的【上下方向键】选1号刀具，按操作面板上的垂直软键【选定刀具】，则“寻边探头”被选中，如图23所示。⑤按控制面板上的【循环启动】键。⑥观察操作面板的“T,F,S”窗口，则“寻边探头”被装夹到主轴上且相关参数被激活。

（3）使用“寻边探头”及“校准边沿”功能测量工件Y轴方向一边沿与机床坐标轴的夹角：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】 按键。③按操作面板上的水平软键【测量边沿】。④按操作面板上的垂直软键【校准边沿】。⑤在【测量：校准边沿】窗口中：如图22所示。选择测量轴处理方式：按软件选择【零偏】。按垂直软键【零偏选择】进入零偏列表，移动光标选择指定的零点偏移，然后按软键【选择零偏】（G55）。如图22、23所示在测量轴中选择需要的轴以及测量方向（+Y）。输入工件边沿与基准轴之间的【设定角】α=0。⑥如图22，手动完成P1点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P1】。⑦如图23所示，手动完成P2点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P2】。⑧按垂直软件【设置零偏】，计算后显示工件边沿与基准轴的夹角α=45°，如图23所示。弹出【激活】窗口：现在是否激活零点偏移G55按垂直软键【取消】，则G55不被激活，但测量后的数值α=45°被自动保存到零点偏移G55中。按垂直软键【确认】，则G55被激活，且测量后的数值α=45°被自动保存到零点偏移G55中。

（4）检验：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按键盘上的【参数】按键。③按操作面板上的水平软键【零偏】。④按操作面板上的垂直软键【详细资料】，显示在G55中旋转角度与图23的“零偏值”一致。如图24所示。

图22

图23

图24

工件，第一层矩形凸台轮廓，使用“矩形凸台”功能在工件的P1、P2、P3、P4四点进行“矩形凸台”测量，得到第一层68mm×68mm×10mm矩形凸台轮廓的中心位置。如图25所示。

操作步骤：

（1）新建并激活参考刀具

（寻边探头）：略。

图25

（2）使用“寻边探头”及“矩形凸台”功能测量工件第一层轮廓，矩形凸台中心位置得到“零偏”G55。①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按机床控制面板上的【加工】 按键。③按操作面板上的水平软键【测量边沿】。④按操作面板上的垂直软键【矩形凸台】。⑤在【测量：直角拐角】窗口中：如图26所示。选择测量轴处理方式：按软件选择【零偏】。按软件【零偏选择】进入零偏列表，移动光标选择指定的零点偏移，然后按软件【选择零偏】（G55）。如图在【X0】 【Y0】中，X0=0 Y0=0。其中，X0、Y0中输入的数值为“工件零偏”G54与实际测量的左下角的相对距离。⑥如图25a，手动完成P1点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P1】。⑦如图25b，手动完成P2点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P2】。⑧如图25c，手动完成P3点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P3】。⑨如图25d，手动完成P4点测量，按操作面板上的垂直软键【保存P4】。⑩按垂直软件【设置零偏】，计算后显示工件“零点偏移”，如图26所示。测量得到工件长度L：67.9mm，宽度W：67.9mm与工件长度对一个但稍有偏差。

（3）检验：①按机床控制面板上的【手动式】 按键。②按键盘上的【参数】按键。③按操作面板上的水平软键【零偏】。④按操作面板上的垂直软键【详细资料】，显示在G55中旋转角度与图27的“零偏值”一致，如图28所示。

西门子828D控制器全新的人机交互界面的确拥有非常强大的操作性能。只需通过对话式的窗口，输入必要的几何参数、按下相应的软键，就能轻而易举地完成对刀的工作。

图26

图27

图28

收稿日期：（20150217）