摘要：當臥式加工中心（xīn）加工非正交平麵時，工件坐標係的建立是個難題。本文介紹了利用FANUC 係統的宏編程技術，針對非正交平麵，開發工件偏置自動創建宏程序的過程。該宏程序能夠自動（dòng）讀取已知數據，計（jì）算（suàn）工件偏置，向數控係統輸入（rù）計算結果，從而實現自動建立工件坐標係（xì）的功能（néng）。

      臥式加工中心（xīn）是指機床主軸處於水平狀態（tài）的加工（gōng）中心，這類機床通（tōng）常配置一個繞固定軸線360 度（dù）旋轉的分度工作台，X、Y、Z 三個直線坐標軸加一個回轉坐標軸，適合箱體（tǐ）類零件的加工，工件一次裝夾，除了（le）安（ān）裝底麵和頂麵之外，可以完成至少四個側麵的（de）加工。

      臥式加工中心加工零件時，每個角度平麵都要建立工件坐標係。在0°、90°、180°、270°這四個正交平麵上，操作工可以方便的通過量棒（bàng）或探（tàn）頭等工具，測量工件偏置值，建立工件坐標係。但（dàn）是，當加工非正交平麵（如30°平麵）時，測量工件偏置是（shì）個繁瑣但必需要解（jiě）決的問題。

      確定非正交（jiāo）平麵工件偏置的方法有多（duō）種，其中最常用的方法是，技術人員通過手工計算或（huò）者（zhě）電腦（nǎo）繪圖確定。在計算之前，需要收集機床數據、零件數據和現場測量數（shù）據三個方麵的信息，如表所示。其中機床數據和零件數據對於特定（dìng）機床和零件（jiàn）是固定的，而現場數據需要零件在機床上裝夾、定位後才能測量，因（yīn）此，出現了技術員等待操作（zuò）工現場實測數據，而操作工等待技術員計算結果的現象，造成機床停機，降低了機床有效作業率。為（wéi）了解決非正交平麵加工基準點工件偏置的計算問題，我們利用數（shù）控係（xì）統的宏編程功能，開發了針對多種（zhǒng）數控係統的宏程（chéng）序，作為固定循環（huán）植入數控係（xì）統，可以實現任意角度平麵工件偏置的自動創建功能，徹底解決了現場人工計（jì）算工件偏置的環節（jiē）。下麵以FANUC 係統為例，介紹宏程序的開發過程和具體應（yīng）用。

      當（dāng）臥式加工中（zhōng）心加（jiā）工非正交平麵時，工件坐標係的建立是（shì）個難題。本文介紹了利用FANUC 係統的宏編程技術，針對非正交平麵，開發工件偏置自（zì）動創建宏程序的過程。該（gāi）宏程序能夠自（zì）動（dòng）讀取已知數據，計算工件（jiàn）偏（piān）置，向數控係統輸入計算結果，從而實現自（zì）動建立工件坐標係（xì）的功能。

                                 表 人工（gōng）計算工件偏（piān）置（zhì）需要收集的數據信（xìn）息

       一、推導工件偏置的數學（xué）計算（suàn）模型

      開發宏程序的關鍵點和難點（diǎn）在於根據已知條件，推導正（zhèng）確的工件偏置計算公式。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）參考基準點（diǎn）, 該點相對於機床零點的坐標為（XG54，YG54，ZG54），機床工作（zuò）台的回轉中心相對於（yú）機床（chuáng）零點的坐標（biāo）為（X 回，Z 回），已知工件上任意（yì）一點A，該點（diǎn）相（xiàng）對（duì）於參考基準點的坐標（biāo）值為（I，J，K）。如圖2 所示（shì），當工件旋轉任意角（jiǎo）度β°後，點A 轉（zhuǎn）到點B，求點B 相對（duì）於機床零（líng）點的坐標值（zhí）（X 偏，Y 偏,Z 偏）。

      推（tuī）導過程：

     如圖3 所示，在（zài）Z-X 坐標係下。
 
     Z偏=Z+Z回=R×cos（α-β）+Z回=R×（cosαcosβ+sinαsinβ）+Z 回=R×cosαcosβ+R×sinαsinβ+Z 回X偏=X+X回（huí）=R×sin（α-β）+X回=R×（sinαcosβ-cosαsinβ）+X 回（huí）=R×sinαcosβ+R×cosαsinβ+X 回綜合圖1、圖2 的數據，計算結（jié）果（guǒ）如圖4 所示。R×cosα=ZG54+K-Z 回（huí）

           圖1 工件偏置計（jì）算命題的已知條件

           圖2 工件偏置計算命（mìng）題的求解目（mù）標
 

  
          圖3 工件偏置推導關鍵三角（jiǎo）形示意圖

        圖4 工件偏置關鍵三角形直角邊計算公式

      因（yīn）為Y 軸方向的工件偏置和工作台旋轉無關（guān），所以，根據已知條件，最（zuì）終點B 的工件偏置計算公式如下（xià），經過驗證，公式準確（què）無誤。工（gōng）件偏置計算公式：

     程序正文
 
O7010(CW+ CCW-)
#4=0
#6=500
IF[[#1GE1]AND[#1LE48]]GOTO10
IF[[#1GE54]AND[#1LE59]]GOTO20
N10 #20=#[7001+[#1-1]*20]
#21=#[7002+[#1-1]*20]
#22=#[7003+[#1-1]*20]
GOTO 30
N20 #20=#[5221+[#1-54]*20]
#21=#[5222+[#1-54]*20]
#22=#[5223+[#1-54]*20]
N30 #7=#20+#24-#4
#9=#22+#26-#6
#17=#7*COS[#2]-#9*SIN[#2]+#4
#18=#21+#25
19=#9*COS[#2]+#7*SIN[#2]+#6
IF[[#11GE1]AND[#11LE48]]GOTO 100
IF[[#11GE54]AND[#11LE59]]GOTO 200
N100 #8=#11
G90 G10 L20 P#8 X#17 Y#18 Z#19
GOTO 99
N200 #8=#11-53
G90 G10 L2 P#8 X#17 Y#18 Z#19
N99 M99

注釋說明

→程序名
→工（gōng）作台回轉中心相（xiàng）對機床零點的X 值
→工作台回轉中心相對機床零點的Z 值（zhí）
→判斷，滿足（zú）條件跳到N10 程序段
→判（pàn）斷，滿足條件跳到N20 程序段
→提取G54.1 P1-P48 X 坐標值
→提取G54.1 P1-P48 Y 坐（zuò）標值
→提取G54.1 P1-P48 Z 坐標（biāo）值
→跳到N30 程序段
→提取（qǔ）G54-G59 X 坐標值
→提取G54-G59 Y 坐標值
→提取G54-G59 Z 坐標值
→數據計算
→數據計算
→計算工作（zuò）台旋轉後工件（jiàn）偏置的（de）X 坐標
→計（jì）算（suàn）工作台旋轉（zhuǎn）後工件偏置的Y 坐標
→計算工作台旋轉後工件偏置的Z 坐標
→判斷，滿足（zú）條（tiáo）件（jiàn）跳到N100 程序段
→判斷，滿足條（tiáo）件跳到N200 程序段
→變量賦值
→將（jiāng）計算結果輸入到指定的G54.1 P1-P48
→跳到N99 程序（xù）段
→變量賦值
→將計算結果輸入（rù）到指定（dìng）的G54-G59
→程序結束

     二、FANUC 係統宏程序的編製
 

     要實現“工件偏置”自動創建功能，需要利（lì）用數控係統的宏編（biān）程平台，開（kāi）發（fā）一個能夠根據已知條件，自動讀取參考基準點的現場測量數據，自動計（jì）算工件（jiàn）偏置數據並寫入數控係統的宏程（chéng）序（xù），然（rán）後將該宏程序存儲（chǔ）到數控係統內存中，作為機（jī）床定（dìng）製（zhì）固（gù）定循環使（shǐ）用，通過零件加工主程序中編製（zhì）宏調用指令調用，實現各種非正交平麵工件坐標係的自動創建。

      按照上述思路，我們根據上麵推導的數學計算模型（xíng），針（zhēn）對FANUC 係統，開發了能夠根據已知（zhī）數（shù）據，實現“工件（jiàn）偏置”自動計算和輸入的宏程序（xù），宏程序（xù）結構及注釋如下。
    

      三、宏調用指令及使用說明

     根據編製的宏程（chéng）序（xù），我們確定FANUC 係統的宏調用指令格式如下。

     G65 P_ A_ X_ Y_ Z_ B_ H_

    注釋：

     G65 （宏調用指（zhǐ）令）
     P_ （調用的宏程序號，如P7010）
     A_ （參考基準點的工件偏置號，1-48 或54-59，對應坐標係G54.1 P1-P48 和G54-G59）
     X_（非正交平麵坐標係原點相對於參考基準點的X 坐標值，有+/- 之別）
     Y_（非正交平麵坐標係原點相對於參考基（jī）準點的Y 坐標值，有（yǒu）+/- 之別）
     Z_（非正交平麵坐標係原點相對（duì）於參考（kǎo）基（jī）準（zhǔn）點的Z 坐標值，有+/- 之別）
     B_（旋轉角度）
     H_（建（jiàn）立非正交（jiāo）平麵（miàn）坐標係的工件偏置號（hào），1-48 或54-59，對應坐（zuò）標係G54.1 P1-P48 和G54-G59，注意和A_ 中的不要相同）

      四、宏程序特點及注意事項

     （1）該（gāi）宏程序僅適用於工作台順時針旋轉為正的機床，否則，需要適（shì）當調整。

     （2）針對不同的臥式加工中心，因回轉中心（xīn）的機床坐標不同，需要查閱機床手冊（cè）或者根據實際校調數（shù）據，對宏程序中 #4 和#6 的（de）變量（liàng）值進行調整，其中#4 對應X，#6 對（duì）應Z。

     （3）使用前，必需在零件“擺正”狀態下，建議為0°，測（cè）量參（cān）考基準點的坐標偏置值，輸入宏調用指令（lìng）參數A 指定的偏置（zhì）中，如G54，建立計算基準點，供宏程（chéng）序內部計算調用。
 

     （4）宏（hóng）調用指令中，由（yóu）參數（shù）A 和H 指定參考點偏置號和建立非正（zhèng）交平麵工件零點偏置號，可以根（gēn）據（jù）程序中（zhōng）非正交平（píng）麵的（de）數量，選擇G54-G59，或者G54.1 P1-P48，二者不能相同。

     （5）宏調用指令中，參數A 和H 要正確輸入（rù），超出取值範圍的賦值（zhí）將會觸發報警。

     （6）宏調（diào）用指（zhǐ）令一般放在主程序的開始，零件有幾個非正交平（píng）麵，就需要幾行宏調用指令，主程序執行時，工件偏置（zhì）自動計算，並寫入數控係統指定的工（gōng）件偏（piān）置（zhì）設定區，建立工件坐標係，供主程序（xù）調用。
 

      五、效果驗證

      宏程序編製完成後，為了驗證工件偏置（zhì）自動創建功能的有效性，計（jì）算數據準確（què）性，我們設計了5 組不（bú）同數據，在公司兩台配置FANUC 310i 係統的（de）臥式加工中心上進行（háng）驗證，采用的（de）方法是（shì）分（fèn）別在（zài）兩（liǎng）台設備上進行不同旋轉角度的數值驗證，並將（jiāng）計算結果與CAD 軟件繪圖采集（jí）的數據進行對比，二者計算結果完全一致。

      六、結語（yǔ）

     利用FANUC 係統的宏編（biān）程技術，開發的臥式加工中心工件偏置自動創建（jiàn）功能，解決了臥式加工中心（xīn）在加工非正交平麵時（shí），工件坐標係的（de）建立難題，消除了人工重複計算工件偏置的環節，降低了技術人員的工作量和出錯率，減少了機床停機等待時間。