基于FANUC系统开发卧式加工中心工件偏置自动创建功能

撰文/许昌烟草机械有限责任公司 王晓勇

基于FANUC系统开发卧式加工中心工件偏置自动创建功能

撰文/许昌烟草机械有限责任公司 王晓勇

当卧式加工中心加工非正交平面时，工件坐标系的建立是个难题。本文介绍了利用FANUC系统的宏编程技术，针对非正交平面，开发工件偏置自动创建宏程序的过程。该宏程序能够自动读取已知数据，计算工件偏置，向数控系统输入计算结果，从而实现自动建立工件坐标系的功能。

卧式加工中心是指机床主轴处于水平状态的加工中心，这类机床通常配置一个绕固定轴线360度旋转的分度工作台，X、Y、Z三个直线坐标轴加一个回转坐标轴，适合箱体类零件的加工，工件一次装夹，除了安装底面和顶面之外，可以完成至少四个侧面的加工。

卧式加工中心加工零件时，每个角度平面都要建立工件坐标系。在0°、90°、180°、270°这四个正交平面上，操作工可以方便的通过量棒或探头等工具，测量工件偏置值，建立工件坐标系。但是，当加工非正交平面（如30°平面）时，测量工件偏置是个繁琐但必需要解决的问题。

确定非正交平面工件偏置的方法有多种，其中最常用的方法是，技术人员通过手工计算或者电脑绘图确定。在计算之前，需要收集机床数据、零件数据和现场测量数据三个方面的信息，如表所示。其中机床数据和零件数据对于特定机床和零件是固定的，而现场数据需要零件在机床上装夹、定位后才能测量，因此，出现了技术员等待操作工现场实测数据，而操作工等待技术员计算结果的现象，造成机床停机，降低了机床有效作业率。

为了解决非正交平面加工基准点工件偏置的计算问题，我们利用数控系统的宏编程功能，开发了针对多种数控系统的宏程序，作为固定循环植入数控系统，可以实现任意角度平面工件偏置的自动创建功能，彻底解决了现场人工计算工件偏置的环节。下面以FANUC系统为例，介绍宏程序的开发过程和具体应用。

表 人工计算工件偏置需要收集的数据信息

一、推导工件偏置的数学计算模型

开发宏程序的关键点和难点在于根据已知条件，推导正确的工件偏置计算公式。为此，我们建立以下命题，如图1所示，工件在摆正（0°）的情况下，已知工件上一个参考基准点，该点相对于机床零点的坐标为（XG54，YG54，ZG54），机床工作台的回转中心相对于机床零点的坐标为（X回，Z回），已知工件上任意一点A，该点相对于参考基准点的坐标值为（I，J，K）。如图2所示，当工件旋转任意角度β°后，点A转到点B，求点B相对于机床零点的坐标值（X偏，Y偏，Z偏）。

推导过程：

如图3所示，在Z-X坐标系下。

综合图1、图2的数据，计算结果如图4所示。

R×cosα=ZG54+K-Z回

图1 工件偏置计算命题的已知条件

所以，可得：

图2 工件偏置计算命题的求解目标

图3 工件偏置推导关键三角形示意图

图4 工件偏置关键三角形直角边计算公式

因为Y轴方向的工件偏置和工作台旋转无关，所以，根据已知条件，最终点B的工件偏置计算公式如下，经过验证，公式准确无误。

工件偏置计算公式：

二、FANUC系统宏程序的编制

要实现“工件偏置”自动创建功能，需要利用数控系统的宏编程平台，开发一个能够根据已知条件，自动读取参考基准点的现场测量数据，自动计算工件偏置数据并写入数控系统的宏程序，然后将该宏程序存储到数控系统内存中，作为机床定制固定循环使用，通过零件加工主程序中编制宏调用指令调用，实现各种非正交平面工件坐标系的自动创建。

按照上述思路，我们根据上面推导的数学计算模型，针对FANUC系统，开发了能够根据已知数据，实现“工件偏置”自动计算和输入的宏程序，宏程序结构及注释如下。

三、宏调用指令及使用说明

根据编制的宏程序，我们确定FANUC系统的宏调用指令格式如下。

G65 P_ A_ X_ Y_ Z_ B_ H_

注释：

G65 （宏调用指令）

P_ （调用的宏程序号，如P7010）

A_ （参考基准点的工件偏置号，1-48或54-59，对应坐标系G54.1 P1-P48和G54-G59）

X_（非正交平面坐标系原点相对于参考基准点的X坐标值，有+/-之别）

Y_（非正交平面坐标系原点相对于参考基准点的Y坐标值，有+/-之别）

Z_（非正交平面坐标系原点相对于参考基准点的Z坐标值，有+/-之别）

B_（旋转角度）

H_（建立非正交平面坐标系的工件偏置号，1-48或54-59，对应坐标系G54.1 P1-P48和G54-G59，注意和A_中的不要相同）

四、宏程序特点及注意事项

（1）该宏程序仅适用于工作台顺时针旋转为正的机床，否则，需要适当调整。

（2）针对不同的卧式加工中心，因回转中心的机床坐标不同，需要查阅机床手册或者根据实际校调数据，对宏程序中 #4和#6的变量值进行调整，其中#4对应X，#6对应Z。

（3）使用前，必需在零件“摆正”状态下，建议为0°，测量参考基准点的坐标偏置值，输入宏调用指令参数A指定的偏置中，如G54，建立计算基准点，供宏程序内部计算调用。

（4）宏调用指令中，由参数A和H指定参考点偏置号和建立非正交平面工件零点偏置号，可以根据程序中非正交平面的数量，选择G54-G59，或者G54.1 P1-P48，二者不能相同。

（5）宏调用指令中，参数A和H要正确输入，超出取值范围的赋值将会触发报警。

（6）宏调用指令一般放在主程序的开始，零件有几个非正交平面，就需要几行宏调用指令，主程序执行时，工件偏置自动计算，并写入数控系统指定的工件偏置设定区，建立工件坐标系，供主程序调用。

五、效果验证

宏程序编制完成后，为了验证工件偏置自动创建功能的有效性，计算数据准确性，我们设计了5组不同数据，在公司两台配置FANUC 310i系统的卧式加工中心上进行验证，采用的方法是分别在两台设备上进行不同旋转角度的数值验证，并将计算结果与CAD软件绘图采集的数据进行对比，二者计算结果完全一致。

六、结语

利用FANUC系统的宏编程技术，开发的卧式加工中心工件偏置自动创建功能，解决了卧式加工中心在加工非正交平面时，工件坐标系的建立难题，消除了人工重复计算工件偏置的环节，降低了技术人员的工作量和出错率，减少了机床停机等待时间。