解决FANUC系统卧式加工中心工件原点偏置转换的编程问题

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摘 要：通过分析卧式加工中心的结构特点，利用FANUC数控系统的宏指令功能，编制出实现工件原点偏置自动创建的宏程序。工作台旋转任意角度后，宏程序能够根据已知数据，自动计算出工件坐标系原点的机床坐标，并能够将计算结果自动输入数控系统。

关键词：卧式加工中心；工件原点偏置；宏程序；自动计算

中图分类号：TG659 文献标识码：B

卧式加工中心的结构特点使其特别适合于箱体类零件的加工，工件一次装夹，能够完成多个角度面特征的加工。加工过程中，随着工作台的旋转，工件坐标系原点在机床坐标系中的位置也随之发生变化。为了便于编程加工，针对工件不同角度面的加工特征，需要分别建立基于机床坐标系原点的工件坐标系。

实际生产中，解决多个工件原点偏置的一般方法是：技术人员采集初始工件原点偏置、机床参数等数据，通过计算和电脑软件绘图求取工件不同角度面加工特征的原点偏置数据，然后人工输入到数控机床操作系统中。该方法数据处理过程繁琐，设备待机时间长，影响机床作业效率。

我们利用fanuc数控系统的宏指令功能，编制出宏程序，顺利解决针对工件多个加工特征原点偏置的数据自动处理问题，提高了机床作业效率。

一、推导工件原点偏置的数学计算公式

工件在机床工作台上定位、压紧后，测量出初始工件坐标系原点，建立初始工件原点偏置，工件在机床坐标系中位置即已确定。工作台旋转后工件原点偏置的计算，就是以初始工件原点偏置为基础数据的三角函数计算。因为卧式加工中心工作台绕Y轴旋转，工作台旋转时Y轴不会有坐标转化，因此只有X、Z轴参与旋转工作台坐标转换计算。下面，用一个实例来说明数学计算公式推导过程。如图1所示，在卧式加工中心上加工一个工件斜面上的孔特征，初始工件原点偏置O1为工作台0°面，孔特征所在斜面与初始工件原点偏置平面夹角为B。由图2可以看出，在工作台顺时针旋转一个角度B到斜面孔加工位置时，O2点相对于机床原点的坐标值，就是我们要计算的斜面孔特征“工件原点偏置”。

计算工作台旋转后的工件原点偏置，我们需要知道7项数据，如表1所示。

图1 斜面孔加工的初始装夹

示意图和相关尺寸

表1 计算工件原点偏置的相关数据

图2 斜面孔处于加工位置时的

示意图和相关尺寸

根据已知相关数据，求图2中O2点相对于机床原点的X、Z坐标值，即X2、Z2。

推导过程：

（1）在图2、图3所示的Z-X坐标系下，O2点坐标

Xb=-Rsin（B-A）=-R（sinBcosA-sinAcosB）=RsinAcosB-RsinBcosA

Zb=Rcos（B-A）=R（cosBcosA+sinBsi-

nA）=RcosBcosA+RsinBsinA

（2）由图1、图3可知

RsinA=Xa=X1+I-X回

RcosA=Za=Z1+K-Z回

（3）由1、2可得

Xb=RsinAcosB-RsinBcosA=（X1+I-X回）cosB-（Z1+K-Z回）sinB

Zb=RcosBcosA+RsinBsinA=（Z1+K-Z回）cosB+（X1+I-X回）sinB

（4）由图2可知

X2=Xb+X回

Z2=Zb+Z回

（5）综上可得O2点坐标的计算公式为：

X2=（X1+I-X回）cosB-（Z1+K-Z回）sinB+X回

Z2=（Z1+K-Z回）cosB+（X1+I-X回）sinB+Z回

2 FANUC系统宏程序的编制

要实现“工件原点偏置”自动创建功能，需要针对数控系统，编制一个能够实现自动计算和自动输入“工件原点偏置”数据的宏程序，从而建立工件上不同加工特征对应的多个工件坐标系。

我们根据上面推导的数学计算公式，编制针对FANUC系统的宏程序。宏程序能够根据已知数据，实现“工件原点偏置”自动计算和输入，宏程序如（表2）：

3 宏程序调用及使用说明

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所示：

G65 P_ A_ X_ Y_ Z_ B_ H_

注释：

G65 宏程序调用指令

P_ 要调用的宏程序号，如P7010

A_ #1，提取数值的初始工件原点偏置号（取值范围1-48，54-59，分别对应坐标系G54.1 P1-P48和G54-G59）

X_ #24，计算工件坐标系原点在初始工件原点偏置中的X坐标值

Y_ #25，计算工件坐标系原点在初始工件原点偏置中的Y坐标值

Z_ #26，计算工件坐标系原点在初始工件原点偏置中的Z坐标值

B_ #2，工作台相对于初始工件原点偏置的旋转角度

H_ #11，计算工件坐标系原点坐标后要输入的工件原点偏置号（取值范围1-48，54-59，分别对应坐标系G54.1 P1-P48和G54-G59）

该宏程序使用中需要注意以下几项：

（1）宏程序适用于工作台顺时针旋转为正角度的机床。针对不同规格机床，使用该宏程序时需要修改 #4和#6两个变量值，分别对应机床工作台回转中心相对于机床原点的X、Z坐标。

（2）宏程序调用前，需要首先测量获得工件首个加工面的工件坐标系原点坐标值，建立一个初始工件原点偏置。

（3）宏程序调用数据的初始工件原点偏置和计算后输入的工件原点偏置，可以是G54-G59或者G54.1 P1-P48中的任一个，分别由调用指令中字母A和H后数字控制，数字取值范围1-48和54-59内整数，超出取值范围的赋值将会引发程序报警。

（4）宏调用指令写入一次，即可调用宏程序一次，并自动创建一个工件原点偏置。宏程序可重复调用，建立不同加工面的工件原点偏置。

4 效果验证

宏程序编制完成后，为了验证工件原点偏置自动创建功能是否完善，计算数据是否准确，我们进行了效果验证。我厂有FANUC 310i系统卧式加工中心两台，型号分别为MAKINO a82和MAKINO a92。我们设计了5组不同数据，分别在两台设备上进行不同工作台旋转角度的计算，并将计算结果与电脑软件绘图采集的数据进行了对比。结果显示，宏程序计算得出的工件原点偏置数据与电脑绘图采集数据完全一致。编制的宏程序实现了“工件原点偏置”的自动计算和输入功能。

结语

利用宏程序实现了卧式加工中心工件原点偏置自动创建功能，解决了FANUC系统卧式加工中心工件原点偏置转换的编程问题。该宏程序的应用能减除人工计算工件原点偏置的环节，减少相关技术人员的工作量，提高了数据的准确性，更好的保证了零件加工精度，提高了机床的作业效率。

参考文献

[1]FANUC，FANUC Series 0i-MC 操作说明书[Z].

[2]FANUC，FANUC Series 30i/31i/32i-MODEL B 车床系统/加工中心通用 操作说明书[Z].

[3]MAKINO，SAMPLE CUSTOM MACROS[Z].