SINUMERIK840D系统数控机床附件补偿计算程序开发-.pdf

一 纪 ， l l C S I N U ME R I K 8 4 0 D系统数控机床附件 补偿计算程序开发 东方汽轮机有 限公司 四川德 阳6 1 8 0 0 0 邓 丽娟胡建军邹伟 文 一 、问题的提 出 近年来 ，大型机械加工设备已基本实现数控化。 随着加工周期 的缩短 ，产品质量要求 的提高 ，如何 充分发挥数控机床 的作用 ，提高数控机床的加工效 率是我们急需解决的问题 ，特别是大 型数控龙 门铣 、 数控落地镗铣 床及数控立车等机床为扩大设备的加 工功能均配置 了多个机床附件 ，而机床附件的功能 要用好 ，附件是否带有 自动补偿计算功能是 该类 设 备性能的重要指标之一。 公司近年来引进 国外的大型数控设 备均带有附 件 自动补偿计算功能 ，而 国内机床厂家生产的这类 带多个机床附件的设 备不具备 附件 自动补偿计算功 能 ，附件的补偿计算 只能人工进行 。由于有些附件 补偿数据计算 复杂 ，且每次使 用都需 要重新 计算 ， 费时 、费力 、易 出错。为充 分发 挥国产 数控机床的 效率，以北京第一机床厂生产的 1 7 m龙 门移动式数 控镗铣床 X K A 2 8 4 0为例 ，开发附件 自 动补偿程序。 二、总体方案设计 XK A 2 8 4 0数控龙门铣床具有五个加工坐标轴，其 中龙门架沿床身导轨的水平移动为 坐标轴，横梁沿 立柱上下移动为 坐标轴，横梁滑枕式镗铣头沿横梁 的水平移动为 y坐标轴 ，滑枕上下移动为 z坐标轴， 评选盘滑板移动为 u坐标轴。机床共配置 了七个 附 件 ，包括直角铣头 、加长直角铣头 、主轴延伸头、反 刮铣头 、万向角铣头、平旋盘及主轴过渡套等，七个 附件共有 1 1 种组合工作方式 ，机床通过基本的功能 和配置的附件 ，实现被加工零部件的五面体加工。 X K A 2 8 4 0 数控镗铣床使用 的控制 系统是 S I N U M E R I K 8 4 0 D数控系统 ，S I N U ME R I K 8 4 0 D数控系统 是开放式数控系统 ，我们可 以通过应用系统 功能指 7 2 耋 磁 参 磊 工 令 、系统变量、编制宏命令等方法来完成 附件补偿 的功能开发 ，应用数控系统的数据通道 ，实现 系统 变量和外部 R参数之 间的相互传 递，实现数控 系统 运行中实时数据 的提取 ，以达到附件补偿计算 中的 特殊功能的需求。 1 ．数控龙门铣床机床附件加工功能分析 该设备主要加工零件为 3 0 0 MW 以上的火电、核 电机组高中压外缸。高中压外缸外形尺 寸大 ，结构 复杂 、加工精度高，为尽量减少装夹工位 ，定 制有 较多附件。高中压外缸如图 1所示。 图1 汽轮机高中压外缸下半零件三维模型 为满足加工需要 ，共定 制七个附件。其 中直角 铣头 、加长直角铣头主要用 于汽缸定位挡 面、汽封 挡端面等垂直于工作 台平面 的需要加工的工序 ；主 轴延伸头主要用于平行于水平 中分 面的需要加工的 工序 ，例如汽缸水平 中分面 、压板槽 、底部键等工 序的加工 ；反刮铣头主要用 于汽缸 中分面连接孑 L 刮 面的加工 ；万 向角铣头主要用于汽缸猫 爪 、汽缸背 部等斜面的加工；平旋盘有两种 工作方式 ，一是直 接安装在主轴上用 于进气管 口的加工，一是平旋盘 安装在直角铣头上，用于汽封挡处三面刃槽铣刀无 法加 工 的 窄槽 子 的 镗 削 加工 ；主轴 过 渡 套 用 于 I S 0 6 0 ／ I S 0 5 0 主轴锥柄的过渡。 2 ．机床 各附件 的补偿位 置分 析 1 直角附件如图2、图 3所示 ，机床在调用 直角铣头后 ，加工坐标系 由主轴 端面转换到 附件 主 轴 的端面 ，附件加工坐标轴的方 向随 c轴的变化而 7 4 直角铣头上 ，直角铣头的主轴方 向在 C坐标旋转下 可在 XY平面 内到达 0 。 、9 0 。 、1 8 0 。 、2 7 0 。 位置，平 行盘 坐标的方向随着直角铣头的方向改变而变化。 6 主轴延 伸头的方 向与机床主轴方 向一 致， 主轴端面与机床主轴端面平移 5 9 9 ． 9 8 m m。 7 I S 0 5 0 ／ I S 0 6 0过渡套的工作方式有两种 ，一 是安装在主轴上 ，一是安装在直角铣头上。过 渡套 安装后主轴方 向不变 ，主轴端面与机床主轴端 面平 移 5 0 ． 4 mm。 通过上述分析可 以看 出，龙 门移 动式数控镗铣 床加上附件后机床具有 7个加工 坐标轴 ，即 、y 、 z 、W、C 、B 、U 7个坐标轴。由于该机床 的 7个附 件共有 1 1 种组合方式 ，通过上述分析 X K A 2 8 4 0数控 龙 门铣床配置 的 7个附件 的运 动关系可应用 S I N U ME R I K 8 4 0 D数 控 系统 中的 刀架运动关 系描述 ，运动关 系如图 l 0所示。 数控龙 门镗铣床配置的 7个机床 附件 的运动关 系可 以由以下几部分组成 从第 一 旋转 轴 C轴 到附件参考点 的矢量距离为 了 。 图 1 0 附件运动关系图 从第一旋转轴 C轴 到第 二旋转 轴 曰轴 的矢量距离为 。 从第二旋转轴 B轴 到刀具参考点的矢量距 离为 厶。 C轴 、B轴两个旋转轴的方向矢量为 、 。 围绕 B轴 、c轴两个轴的旋转角度为 、 O t 三、机床 附件补偿程序的开发 1 ． 程序 结构设 计总体 框图 由于机床使用 的附件种类 多，根据使用附件 的 特点，设计附件补偿程序 的总体框图如图 1 1 所示 。 2 ．加工 坐标 平面的设置 设置加工坐标平 面，是 为了确定刀具长度补偿 的方向以及机床 的插补平面 ，数控龙 门铣床 由于配 置了多个附件，每个附件的功能不同 ，附件 主轴所 能到达的位置也 不同，加 工坐标平 面必须 随附件 主 轴位置的变化而变化 。 盖板 、平旋盘 直接安装在主轴上 、主轴延伸 主善 _7 ⋯ 参 磊 工 。 冷 加 工 头 、反刮铣头 下端装 刀 、过渡套 安装 在主轴 图 I I 附件补偿程序框图 上等附件的主轴方 向与机床 的主轴方 向一致，插 补平面设置为 G I 7平面。 直角铣头 、延伸直角铣头 、直角铣头 过渡套 、 直角铣头 平旋盘等附件加工平 面随与机床 的主轴 垂直，并且随 C轴 的变 化而变化 ，通过使用 S I N U ME R I K 8 4 0 D系统旋转功能指令 R O T Y2 7 0、A R O T XR 3 2、A R O T Z一 9 0来确定附件的实际加工平面 的位置。 反刮铣头 上端装刀的主轴方向与机床 主轴 的方向相反，通过使用 S I N U M E R I K 8 4 0 D系统旋转 功能指令 R O T X 1 8 0 、G 1 7 来确定附件的实际加工 平面的位置。 由于万向角铣头附件带有 C 、B两个旋转轴 ，附 件主轴可到达 的位置为任意位置，附件的加工平面 的位置随两个旋转轴的变化而变化，通过使用 S I N U M E R I K 8 4 0 D系统旋转功能指令 R O T ZR 3 2 、A R O T XR 0 7 、G1 7来确定附件 的实际加工平面的位置。 3 ．附件补偿程序设计 1 XK A 2 8 4 0数控龙门铣床附件补偿程序设计 数控龙门镗铣床配置了各 附件后 的运动类型为机 床头部带有两个 回转坐标的机床，机床附件补偿的 参 数 设 置 考 虑 刀 具 基 准 T O O L F R A M E 、刀 架 P A R T F R A M E 、工件 基准 WP F R A M E ，在 附件 补偿程序 的编制 中，回转到一个加工表面或辅助表 面时必须按照下列三步执行 第一步 在旋转之前平移基准点 应用 T R A N S 或者 A T R A N S指令 第二步 旋转 应用 A R O T或者 A R O T S指令 第三步 在旋转之后平移 应用 A T R AN S指令 附件转角后 ，刀具 方 向总 是垂直于 加工平 面。 用半径铣刀铣削时 ，在一个角度下设置用于表面标 准矢量的刀具 。 根据上述分析 ，应用 S I N U M E R I K 8 4 0 D数 控系 统中高级编程语言编制附件补偿程序 ，附件程序的 编制主要分为以下七个步骤进行 ①对调用的附件 号进行判断。②判断 C坐标 的位置。③判断 A坐标 的位置。④加工平面 的确定。⑤计算 附件 长度。⑥ 计算刀具长度。⑦进行附件补偿。 2 补偿程序设计 以平旋盘补偿程序设 计为 例 ，平旋盘刀具溜板的的坐标轴为 轴，S I N U ME R ． I K数控系统的补偿数据只能补偿到指定的通道轴上， 在程序编制时必须先使用几何轴转换指令 G E O A X更 改机床数 据配置 的几何轴 组合。通过指令 G E O A X 1 ，U 确定 轴为补偿 的第一几何轴 ，其余两个 几何轴仍为系统几何轴的基本配置。平旋盘补偿程 序如下 n f a n g I F RK [ 0 2 ] 0 G O T O F WZ G L A E N G E T 2 5 0 ；R K [ 6 1 ] 0 ． I F R K [ 0 2 ] 1 G O T O F WZ G K O M P L E T T m s g ”R K [ 0 2 ] o n l y 0 o r 1 p o s s i b l e ” m0 g o t o b a n f a n g W ZG _ L AENGE T2 5 0 S TOP RE T C D P 1[ 2 5 0，1 ] 2 0 0；设置刀具参 数 T C D P 3[ 2 5 0 ，1 ] P _T O O L L[ 2 ] ；取刀具参数 T 2 5 O DOl DI AMOF G9 4 G E O A X 1 ，x ；进 行坐标轴转换设置 G1 7 W Z G _ KOMP LE r r R K [ 1 3 2] O ． S T OPRE I ’COABS ’I ’CARR l S T OPRE a b f r a g e I F R K [ 0 2 ] 0 G O T O F E N D E I F R K [ 0 2 ] 1 G O T O F T A U S C H t a u s c h S TOP RE G E O A X 1 ，U ；进行坐标轴转换设置 DI AM9 0 Gl 8 ms g ” G E OA x i sS w i t c hO v e r w i t h U ／ U 3 O N” G0 4 F 2 g o t o f e n d e ENDE N9 9 9 9 M1 7 四、结语 公司大件加工机床大多带有多个附件，均有附 件补偿计算问题，特别是 国内数控机床厂家没有这 方面的开发能力 ，附件补偿程序必须用户 自己开发。 附件补偿程序的设计应用 S I NU ME R I K 8 4 0 D数控系 统刀具可定 向功能，解决 了公司大型数控龙门铣床 带有多个附件 自动补偿计算问题。 在程序 设计 中采 用系统 功能指令 、系统 变量、 编制宏命令 等方法完成附件补偿 的功能开发 ，应用 数控系统的数据通道实现系统变量和外部 R参数之 间的相互传递 ，实现 了数控系统运行中数据 的实 时 提取，编制的程序 简单 明了，更有利 于发挥数控机 床控制系统本身的功能。 数控龙门铣床 附件补偿程序 已成功地应用 ，该 程序的使用给附件 的补偿计算带来 了方便 ，大大减 轻了由于附件补偿计算复杂带给编程技术人员 的压 力及重复性劳动 ，而且能够保 证附件补偿计算 的正 确性 ，减少了机床 的辅助时间，解决机床附件不能 进行 自动补偿的问题 ，设备具备附件 自动补偿功能 ， 提高了产品 的质量 ，也降低了由于附件在不 同位置 T C _ C A R R 1 [ 1 ] R K [ 6 1 ]T C _ C A R R 2 [ 1 ] R K [ 6 2 ] T C C A R R 3 [ 1 ] R K [ 6 3 ] T C _ C A R R 4 [ 1 ] O T C C A R R 5 [ 1 ] O T C _ C A R R 6 [ 1 ] O T C_C A RR 7 [ 1 ] 0 T C _ C A R R 8 [ 1 ] O T C C A R R 9 [ 1 ]1 T C _ C A R R 1 0 [ 1 ] 0 T C C A R R 1 1 [ 1 ] 0 T C _ C A R R 1 2 [ 1 ] O T C _ C A R R 1 3 [ 1 ] R K [ 1 3 2 ] T C C A R R 1 4 [ 1 ] O T C C A R R 1 5 [ 1 ] 0 T C _ C A R R 1 6 [ 1 ] 0 T C _ C A R R 1 7 [ 1 ] 0 的加工需要多次对 刀而带来 的人 为误差 。 鲎 该方 法也适用于配置了 附 件 椠 的大型数控落地镗铣床的附件补 数 偿计算。 MW 收稿 日期2 0 1 1 0 3 2 4 一 体化 ， l l C 磊 r ～ 磊 W ’n ，，糟 矗 Ⅳ W 囊 0 口忉