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加工中心工作臺安全轉位程序的研究

文檔作者：郭曉龍文檔來源：襄樊牽引電機有限公司		點擊數：	更新時間： 2020年12月22日
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加工中心工作臺
。 ?；? l蠶 圈
安全轉位程序的研究
襄樊牽引電機有限公司 (湖北441047) 郭曉龍
一
、問題的提出
帶旋轉工作臺的臥式加工中心，由于具有多工位、
多角度、多種加工方式以及靈活可靠的工件裝夾能力，
使其特別適合加工牽引電動機殼類的箱體部件，因此在
生產一線中大量應用?？赊D位工作臺與大容量刀庫為其
帶來了高度的靈活性及適用性，但也提高了為其編寫加
工程序的復雜性。
在普通加工中心或數控銑上，由于工作臺始終保持不
動，一旦將工件固定，其基準面就不會再變化。因此換刀
后，刀具與工件的距離比較容易確定。但在可轉位工作臺
的加工中心上，這個問題就變得有些復雜。由于工作臺的
旋轉，加工面發生變化，對于非標準圓柱形工件來講，比
如牽引電動機的機座，每個不同的工作臺角度其基準面位
置都是不同的。加上使用多個不同基準的夾具偏置，這使
編程人員與操作者很難確定工作臺旋轉時工件突出部位的
具體位置。這種晴況下，如果在旋轉工作臺時，刀具與工
作臺距離不合適就很容易發生刀具與工件碰撞事故。特別
是在擁有大容量刀庫的機床上，其主軸上常常裝夾不同長
度的刀具，使情況變得更加復雜。在實際生產中，這類碰
撞事故時有發生，是一個非常大的安全問題。如何實現加
工中心工作臺安全轉位，就成為迫切需要解決的生產問題。
二、加工中心工作臺安全轉位的解決方案
1．一般解決方案
傳統上，數控程序員與操作者會使用兩種方法來解
決工作臺的安全轉位問題。
方法一：人工計算安全距離，在工作臺轉位前，將
刀具退到安全位置。
方法二：使用G28、G73或其他方式讓機床自動回原
點，讓刀具保持與工作臺最大距離后，進行工作臺轉位。
這兩種方法都可在一定程度上解決工作臺安全轉位
的問題，但也都存在非常明顯的缺點。對于方法一，最
大的缺點就是程序員的工作量較大，負擔重，程序靈活
性，適用性低。程序員在編程時需要根據工作臺的轉位
情況、當前有效夾具偏置以及主軸刀具長度提前計算出
安全距離，以避免發生刀具碰撞。其編程思路看上去很
直觀，很明確，但在實際編寫程序時是有一定困難的。
方法二就是為了避免方法一的繁瑣而被經常用在大型
加工程序中的一種工作臺安全轉位解決方案。其編程思路
為，不管工作臺上工件的旋轉半徑與具體的刀具長度、夾
具偏置，在每次工作臺轉位時，都將刀具退回機床原點。
這使得刀具與工作臺的距離最遠，從而避免發生刀具碰撞。
這種方法大大減少了程序員的計算量與代碼輸入量，在
編寫加工程序時，程序員只需要在每次轉位前使用G28
或G73指令就可以。但這種方法的缺點就是浪費距離。
由于上述兩種解決方案存在的明顯缺點，使其都不
能被稱為解決工作臺安全轉位的理想方案。因此我們應
該考慮更聰明的解決方案，數控宏程序所具有的強大功
能使其成為了我們的考慮方案。
2．宏程序解決方案
(1)宏程序流程數控宏程序具有讀取機床當前位
置數據及當前刀具數據的能力，因此我們可通過宏程序
來讀取機床的系統變量，得到當前的刀具長度補償值，
主軸伸出值等數據，然后自動計算出相應刀具的最短安
全距離。整個解決方案的運行流程如附圖所示。
操作者通過控制
面板輸入工件的
最大旋轉半徑
執行宏程序，宏程
序讀取當前有效
刀長，主軸伸出量
系統對數據進行
校驗，判斷數據
是否有效
機床報警，操作者
檢查刀具長度是否
超限
系統計算出最短
有效安全距離，
執行退刀動作
更換正確的刀具，
或是卸下超限刀
具，修正數據
解決方案運行流程
參磊 工冷加工
工作臺旋轉，
繼續執行
20，0年第19期l
WWW m eta1working 7950．corn
圈幽
(2)目標系統分析筆者公司當前使用的主力加
工中心為東芝Btd-200QF，其控制系統為Tosnuc888系
列。這個系列的CNC控制系統具有一些獨特的特性，
其與工作臺安全轉位距離相關的特殊指令主要有：
G73——機床坐標移動指令，其特點為暫時忽略工
件坐標系，按機床坐標系統執行位移運動。這個指令可
以幫助我們解決不同夾具偏置情況下的工作臺安全距離
的確定。
G173—— 軸、z軸互補指令，這個指令用于將主
軸伸出量補償到坐標系的z軸之中。這個指令在需要利
用主軸長度延長可加工距離時非常有用，可以在伸出主
軸的同時，不更改z軸坐標進行加工，可大大簡化程序
的編寫。但也為我們計算工作臺安全轉位距離帶來了一
點Jj,／J,的麻煩，在編寫安全轉位宏程序時，必須要考慮
到可能使用G173指令后造成的實際z軸距離差，要將
這一距離補償進去。
我們在進行安全距離退刀時，要使用G73指令，這
樣可以使機床按照機床坐標系運動，而不受當前工件坐
標系的影響。這能讓我們的轉位宏程序在任何有效夾具
偏置下，都保證工作臺可退到正確的安全距離。Btd一
200QF的工作臺中心就是機床坐標系z軸的0點。很明
顯，計算工作臺安全轉位距離的公式就應該為
fs =r? +f +f
式中f ——安全轉位距離；
rma
x
— — 工件最大旋轉半徑；
f ——刀具長度；
f ——主軸伸出長度。
(3)宏程序的實現 按照上面的流程圖與系統分
析，我們編寫出如下的工作臺轉位安全距離計算宏程
序：
$ RETRACT
[V1=V1001](保存當前的移動模式)
[V2=V1012](保存當前的位置模式)
[IF，VI102=0，GO，801] (表示如果當前的刀長補償
號為0則報警，提示操作者)
[V3=V [2500+V1102]](得到當前刀長補償值)
[IF，V201=V0，GO，803](檢查是否指定了工件最大
旋轉半徑)
[IF，[V201+VR]<100，GO，802](確保刀尖距離工
作臺中心保持最小100mm的距離，否則報警)
■ 2010年第19期
WWW．meta1working1950．corn
參磊 工冷加工
[IF，VR =V0，GO，100](檢查是否指定了安全間隙)
G73 Z [V201+VR+V3一V1304](退刀遠離最大工件旋轉
半徑一個指定的距離)
[GO，800]
N100G73 Z[V201+V3一V1304] (退刀至最大工件旋轉
半徑)
N800G [V2]G [V1](恢復調用宏前的模式)
[GO，809]
N801[V700=1 ( Warning NOTOOL LENGTH)，GO，
801]
N802[V700=2({Warning R VALUE IS TO SMALL)，
GO，802]
N803[V700=3( Warning No part radius)，GO，803]
N809M02(程序結束)
在主程序中用如下方式進行調用：
G72$RETRACT，[VR=100]
上面的調用語句保證在工作臺轉位前，刀具先退到
距離工件最大旋轉半徑100mm的位置，然后旋轉工作
臺，從而可靠地保證了轉位的安全。工件最大旋轉半
徑，我們可以在裝夾工件后，通過機床操作面板輸入到
全局變量V201中。這樣一旦工件毛坯出現大小不一的
情況，我們只需要在操作面板上更改這個變量值就可以
了，不用去更改程序，從而避免了修改程序時出現輸入
錯誤。
三、結語
使用宏程序時系統會根據每把刀具的不同長度來自
動調整退刀距離，同時不受不同夾具偏置的影響，既保
證安全，又減少無效空行程，彌補了傳統編程方法的缺
點。而且一次編寫，反復使用，提高了程序的可復用
性，簡化了程序的編寫難度。也在很大程度上減少人工
計算量，從而避免產生人為的計算、輸入等錯誤的發
生，增強了加工程序的魯棒性。
當然，每種數控系統都有各自不同的特點，在程序
代碼上也必然會有不同之處。但編程思路是通用的，本
文通過一個Tosnuc888系統的具體實例，嘗試闡述這種
編程思路，以供大家在工作中解決此類問題時進行參
考。本文的宏程序實例為了更清晰顯示出編程思路，在
語句處理上沒有進行優化，所以步驟較多，讀者在實際
編寫自己的安全轉位宏時，可以根據自己所用系統的指
令特點進行優化。MW (收稿日期：20100625)

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