數(shù)控鏜銑加工中心任意角度位置快速定位
2018-6-7 來(lái)源：常州南車鐵馬科技實(shí)業(yè)有限公司 作者：趙飛
摘要：數(shù)控鏜銑加工中心適用于箱體類零件的加工，通常工作臺(tái)在 4 個(gè)特殊的位置（0°、90°、180°、270°）上加工，如遇到工件上有斜孔即工作臺(tái)不在 4 個(gè)特殊的位置，而是旋轉(zhuǎn)一定角度，就需要定位加工，文中通過(guò)宏程序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)控鏜銑加工中心任意角度位置的快速定位，操作者只需輸入幾個(gè)參數(shù)，機(jī)床就可按宏程序快速定位建立坐標(biāo)系加工。
關(guān)鍵詞：任意角度；宏程序；快速定位
1、任意角度位置理論分析
假定：工件上有一任意角度 α（0°～180°）位置的斜孔M-N 需要加工（如圖 1 所示），現(xiàn)在分兩種位置分析:
1.1 α<90°位置（圖 1（a））
1）如要求斜孔軸心線與機(jī)床主軸中心同心且 M 靠主軸端，則工作臺(tái)（工件）必須逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) α 角度，圖 1（a-1）位置；
2）如要求斜孔軸心線與機(jī)床主軸中心同心且 N 靠主軸端，則工作臺(tái)（工件）必須順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90+α 角度，圖 1（a-2）位置。
1.2 90°<α<180°位置（圖 1（b））
1）如要求斜孔軸心線與機(jī)床主軸中心同心且 M 靠主軸端，則工作臺(tái)（工件）必須順時(shí)針旋轉(zhuǎn) α 角度，圖 1（b-1）位置；
2）如要求斜孔軸心線與機(jī)床主軸中心同心且 N 靠主軸端，則工作臺(tái)（工件）必須逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90+α 角度，圖 1（b-2）位置。
2 、任意角度位置計(jì)算
2.1 α<90°位置（如圖 2 所示）
1）根據(jù)假定進(jìn)行分析，設(shè)定：工作臺(tái)座標(biāo)系為 G54，工作臺(tái)為 0°位置，O為工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心，斜孔軸心線為 M-N，B 點(diǎn)為建立工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，連接OB，∠OBA =β，C、E 分別為通過(guò)O、B在 MN 線上的垂點(diǎn)，D 為 OB 與 MN 的交點(diǎn)，當(dāng) MN 在 OB 之間時(shí)，為圖 2（a）和圖 2（b）所示，當(dāng) MN 不在 OB 之間時(shí)，為圖 2（c）和圖 2（d）所示。
2）重點(diǎn)分析圖 2（a）位置為例：a.#900/2 為機(jī)床 X 軸工作臺(tái)中心機(jī)械坐標(biāo)，#901/2 為機(jī)床工作臺(tái) V 軸中心原點(diǎn)機(jī)械坐標(biāo)，兩參數(shù)機(jī)床均已確定（已知），b.#5221、#5223、#5224、#5225 分別為
X 軸、Z 軸、W 軸、V 軸的坐標(biāo)，4 個(gè)參數(shù)均在建立坐標(biāo)系時(shí)已知，c.根據(jù)工件已知條件 α 角度，可計(jì)算出 BE 數(shù)值，通過(guò)圖 2（a）幾何關(guān)系的計(jì)算，求出 OC，鏜桿主軸中心只要按宏程序指令偏移工作臺(tái)中心 OC 值及工作臺(tái)按指令要求旋轉(zhuǎn)，就能使主軸中心與斜孔軸心線 MN 重合，實(shí)行快速定位。
在△BMN 與△BEN 中，∠BNM 為公共角，E 為垂點(diǎn)，
∴△BMN∽△BEN，∠EBN=α，
∵∠DBE=∠OBN-∠EBN，∠OBN=β
∴∠DBE=β-α
又 ∵ 在△OCD 與△BED 直角三角形中，∠ODC 與∠BDE 為對(duì)頂角相等，
∴△OCD∽△BED，∠DOC 與∠DBE 相等。在直角△OFB 中，
OF=#105=#901/2-#5223-#5224-#5225，
BF=#900/2-#5221
∴OB=SQRT（OF*OF+BF*BF）= SQRT（#105*#105*+（#900/2-#5221）*（#900/2-#5221）
∴β=arctan（BF / OF）
在直角△BED 中，∠DBE=β-α，BE（已知可求）
∴BD=BE/cos（∠DBE）= BE/cos（β-α）
在直角△OCD 中，又 ∵OD=OB-BD，
∠DOC=∠DBE=β-α
∴OC=OD/cos（∠DBE）=（OB-BD）/cos（β-α）。
如按機(jī)床宏程序變量設(shè)制要求，進(jìn)行設(shè)置為：
BE=#100，BD=#101，OD=#102，OB=#103，OC=#104，
∴#101=#100/COS（β-α）
∴#102=#103-#101
∴#104=#102/COS（β-α）
3）通過(guò)對(duì)圖 2（a）的分析和計(jì)算，用同樣的方法，不難求出 α<90°時(shí)，其它 3 種位置 OC 的變量值，如表 1 所示。
從表 1 可分析出，4 種位置情況的 OC（#104）值，由于（β-α）和（α-β）始終在-90°~+90°之間，因此 cos（β-α）與cos （α-β） 始終相等且為正值，所以 OC 值主要取決于#102 的正負(fù)值，只要在宏程序編制中 #102 給于絕對(duì)值，那么圖 2 的 4 種位置就完全一樣。
2.2 90°<α<180°位置（如圖 3 所示）
設(shè)置：α1=180°-α，β1=90°-β，見圖 3（a）。用上述圖 2（a）的分析方法，同樣可分析出 90°<α<180°位置的 6 種情況，在這里不再進(jìn)一步展開分析，僅把計(jì)算結(jié)果列于表 2。從表 2 內(nèi)容進(jìn)行分析，6 種位置情況比較復(fù)雜，因此宏程序比較難判斷哪一種位置，為此再設(shè)定 2 個(gè)參數(shù)，如圖 3（a）所示，設(shè)：工件的前面及右側(cè)面分別為 1 和2，那么圖 3（a）、圖 3（b）、圖 3（c）M 點(diǎn)都在1 面上，圖 3（d）、圖 3（e）、圖 3（f）M 點(diǎn)都在2 面上，根據(jù)以上設(shè)定，我們就可以對(duì) 6 種位置的情況進(jìn)行判斷：圖3（a）：經(jīng)過(guò)1面，且 α1<β1；圖 3（b）：經(jīng)過(guò)1面，且α1>β1，#102<#100；圖 3（c）：經(jīng)過(guò) 1 面，且 α1>β1，#102>#100；圖 3（d）：經(jīng)過(guò) 2 面，且 α1>β1；圖 3（e）：經(jīng)過(guò) 2 面，且α1<β1，#102<#100；圖 3（f）：經(jīng)過(guò) 2 面，且α1<β1，#102>#100。
2、 任意角度位置宏程序編制
o00003501（SETUP WORK COORDINATE）（#910 input angle）（在存儲(chǔ)單元 #910 輸入斜孔角度，即:與 X 正向軸線的夾角 α）（#100 input projection distance）（在存儲(chǔ)單元 #100 輸入工件坐標(biāo)系原點(diǎn)到斜孔軸心線在 XZ 平面內(nèi)的投影的距離，）
（#912 table clockwise input 1）（工作臺(tái)順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，在存儲(chǔ)單元#912 輸入 1）
（#913 input 1 or 2 ）（當(dāng) 90°<α<180°時(shí)，參見圖 3：M 點(diǎn)在 1 面上時(shí)，#913 輸入 1，M 點(diǎn)在 2 面上時(shí)，#913 輸入 2）
（X#5221，Y#5222，Z#5223，W#5224，V#5225）（坐標(biāo)系 G54，工作臺(tái) B0）
（X#5301，Y#5302，Z#5303，W#5304，V#5305）（當(dāng)任意角度軸線轉(zhuǎn)至與 W 軸平行時(shí)，坐標(biāo)為 G58）
#900=-18500.754（已知工作臺(tái) X 方向機(jī)械坐標(biāo)系）
#901=-7650.077（已知工作臺(tái) V 方向機(jī)械坐標(biāo)系）
#904=-600（建坐標(biāo)系時(shí) W 位置）
#905=-1500（建坐標(biāo)系時(shí)工作臺(tái) V 方向位置）
#5302=#5222
#5303=#5223+200（建坐標(biāo)系時(shí)滑枕伸出 200）
#5224=#904
#5225=#905
#908=#5223+#5224+#5225
#105=#901/2-#908
IF［#910 GT90］
GOTO100（α<90°時(shí)執(zhí)行以下程序，參見圖 2）
#925=#105*#105
#926=［#900/2-#5221］*［#900/2-#5221］
#103=SQRT［#925+#926］
#106=ATAN［ABS［#900/2-#5221］］/［ABS［#105］］
#101=#100/COS［#106-#910］
#102=#103-#101
#104=ABS［#102*COS［#106-#910］］
IF［#912 EQ1］GOTO30
B［-90+#910］
N10 IF［#102 LT0］GOTO20
#5301=#900/2+#104（圖 2（a）（b）工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，M 向主軸端）
GOTO200
N20 #5301=#900/2-#104（圖 2（c）（d）工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，M 向主軸端）
GOTO200
N30 B［90+#910］
IF［#102 LT0］GOTO40（圖 2（a）（b）工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，N 向主軸端）
#5301=#900/2-#104
GOTO200
N40 #5301=#900/2+#104（圖 2（c）（d）工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，N 向主軸端）
GOTO200
N100 #911=180-#910（90°<α<180°時(shí)執(zhí)行以下程序，參見圖 3）
#103=SQRT［#105*#105+［#900/2-#5221］*［#900/2-#5221］］
#106=ATAN［ABS［#105］］/［ABS［#900/2-#5221］］
IF［#913 NE1］GOTO150
IF［#106 LT#911］GOTO110
#102=#103*SIN［#106-#911］
#104=#100+#102
IF［#912 EQ1］GOTO115
B［-90-#911］（工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2+#104（圖 3（a）N 靠主軸端）
GOTO200
N115 B［90-#911］（工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2-#104（圖 3（a）M 靠主軸端）
GOTO200
N110 IF［#100 LT#102］GOTO117
#102=#103*SIN［#911-#106］
#104=#100-#102
IF［#912 EQ1］GOTO118
B［-90-#911］（工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2+#104（圖 3（b）N 靠主軸端）
GOTO200
N118 B［90- #911］（工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301= #900/2- #104（圖 3（b）M 靠主軸端）
GOTO200
N117 #102=#103*SIN［#911-#106］
#104=［ABS［#100-#102］］
IF［#912 EQ1］GOTO119
B［-90-#911］（工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2-#104（圖 3（c）N 靠主軸端）
GOTO200
N119 B［90-#911］（工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2+#104（圖 3（c）M 靠主軸端）
GOTO200
N150
#103=SQRT［#105*#105+［#900/2-#5221］*［#900/2-#5221］］
#106=ATAN［ABS［#105］］/［ABS［#900/2-#5221］］
IF［#106 GT#911］GOTO160
#102=#103*SIN［#911-#106］
#104=#100+#102
IF［#912 EQ1］GOTO165
B［-90-#911］（工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2-#104（圖 3（d）N靠主軸端）
GOTO200
N165 B［90-#911］（工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2+#104（圖 3（d）M 靠主軸端）
GOTO200
N160 #102=#103*SIN［#106-#911］
IF［#100 LT#102］GOTO167
#104=#100-#102
IF［#912 EQ1］GOTO168
B［-90-#911］（工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2+#104（圖 3（e）N 靠主軸端）
GOTO200
N168B［90-#911］（工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2-#104（圖 3（e）M 靠主軸端）
GOTO200
N167#104=-#100+#102IF［#912 EQ1］GOTO169
B［-90-#911］（工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2-#104（圖 3（f）N 靠主軸端）
GOTO200
N169 B［90-#911］（工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）
#5301=#900/2+#104（圖 3（f）M 靠主軸端）
N200 M30
3、 結(jié)語(yǔ)
以上數(shù)控程序通過(guò)在數(shù)控鏜銑加工中心現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，按 10 種任意位置的孔分析的情況進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果完全正確。宏程序操作簡(jiǎn)單方便，操作者只需輸入幾個(gè)參數(shù)（角度、距離、旋向、孔通過(guò)面），就能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的快速定位。
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