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加工中心工作台安全转位程序的研究

文档作者：郭晓龙文档来源：襄樊牵引电机有限公司		点击数：	更新时间： 2020年12月22日
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加工中心工作台
。 。皇= l蚕 圈
安全转位程序的研究
襄樊牵引电机有限公司 (湖北441047) 郭晓龙
一
、问题的提出
带旋转工作台的卧式加工中心，由于具有多工位、
多角度、多种加工方式以及灵活可靠的工件装夹能力，
使其特别适合加工牵引电动机壳类的箱体部件，因此在
生产一线中大量应用。可转位工作台与大容量刀库为其
带来了高度的灵活性及适用性，但也提高了为其编写加
工程序的复杂性。
在普通加工中心或数控铣上，由于工作台始终保持不
动，一旦将工件固定，其基准面就不会再变化。因此换刀
后，刀具与工件的距离比较容易确定。但在可转位工作台
的加工中心上，这个问题就变得有些复杂。由于工作台的
旋转，加工面发生变化，对于非标准圆柱形工件来讲，比
如牵引电动机的机座，每个不同的工作台角度其基准面位
置都是不同的。加上使用多个不同基准的夹具偏置，这使
编程人员与操作者很难确定工作台旋转时工件突出部位的
具体位置。这种晴况下，如果在旋转工作台时，刀具与工
作台距离不合适就很容易发生刀具与工件碰撞事故。特别
是在拥有大容量刀库的机床上，其主轴上常常装夹不同长
度的刀具，使情况变得更加复杂。在实际生产中，这类碰
撞事故时有发生，是一个非常大的安全问题。如何实现加
工中心工作台安全转位，就成为迫切需要解决的生产问题。
二、加工中心工作台安全转位的解决方案
1．一般解决方案
传统上，数控程序员与操作者会使用两种方法来解
决工作台的安全转位问题。
方法一：人工计算安全距离，在工作台转位前，将
刀具退到安全位置。
方法二：使用G28、G73或其他方式让机床自动回原
点，让刀具保持与工作台最大距离后，进行工作台转位。
这两种方法都可在一定程度上解决工作台安全转位
的问题，但也都存在非常明显的缺点。对于方法一，最
大的缺点就是程序员的工作量较大，负担重，程序灵活
性，适用性低。程序员在编程时需要根据工作台的转位
情况、当前有效夹具偏置以及主轴刀具长度提前计算出
安全距离，以避免发生刀具碰撞。其编程思路看上去很
直观，很明确，但在实际编写程序时是有一定困难的。
方法二就是为了避免方法一的繁琐而被经常用在大型
加工程序中的一种工作台安全转位解决方案。其编程思路
为，不管工作台上工件的旋转半径与具体的刀具长度、夹
具偏置，在每次工作台转位时，都将刀具退回机床原点。
这使得刀具与工作台的距离最远，从而避免发生刀具碰撞。
这种方法大大减少了程序员的计算量与代码输入量，在
编写加工程序时，程序员只需要在每次转位前使用G28
或G73指令就可以。但这种方法的缺点就是浪费距离。
由于上述两种解决方案存在的明显缺点，使其都不
能被称为解决工作台安全转位的理想方案。因此我们应
该考虑更聪明的解决方案，数控宏程序所具有的强大功
能使其成为了我们的考虑方案。
2．宏程序解决方案
(1)宏程序流程数控宏程序具有读取机床当前位
置数据及当前刀具数据的能力，因此我们可通过宏程序
来读取机床的系统变量，得到当前的刀具长度补偿值，
主轴伸出值等数据，然后自动计算出相应刀具的最短安
全距离。整个解决方案的运行流程如附图所示。
操作者通过控制
面板输入工件的
最大旋转半径
执行宏程序，宏程
序读取当前有效
刀长，主轴伸出量
系统对数据进行
校验，判断数据
是否有效
机床报警，操作者
检查刀具长度是否
超限
系统计算出最短
有效安全距离，
执行退刀动作
更换正确的刀具，
或是卸下超限刀
具，修正数据
解决方案运行流程
参磊 工冷加工
工作台旋转，
继续执行
20，0年第19期l
WWW m eta1working 7950．corn
圈幽
(2)目标系统分析笔者公司当前使用的主力加
工中心为东芝Btd-200QF，其控制系统为Tosnuc888系
列。这个系列的CNC控制系统具有一些独特的特性，
其与工作台安全转位距离相关的特殊指令主要有：
G73——机床坐标移动指令，其特点为暂时忽略工
件坐标系，按机床坐标系统执行位移运动。这个指令可
以帮助我们解决不同夹具偏置情况下的工作台安全距离
的确定。
G173—— 轴、z轴互补指令，这个指令用于将主
轴伸出量补偿到坐标系的z轴之中。这个指令在需要利
用主轴长度延长可加工距离时非常有用，可以在伸出主
轴的同时，不更改z轴坐标进行加工，可大大简化程序
的编写。但也为我们计算工作台安全转位距离带来了一
点Jj,／J,的麻烦，在编写安全转位宏程序时，必须要考虑
到可能使用G173指令后造成的实际z轴距离差，要将
这一距离补偿进去。
我们在进行安全距离退刀时，要使用G73指令，这
样可以使机床按照机床坐标系运动，而不受当前工件坐
标系的影响。这能让我们的转位宏程序在任何有效夹具
偏置下，都保证工作台可退到正确的安全距离。Btd一
200QF的工作台中心就是机床坐标系z轴的0点。很明
显，计算工作台安全转位距离的公式就应该为
fs =r⋯ +f +f
式中f ——安全转位距离；
rma
x
— — 工件最大旋转半径；
f ——刀具长度；
f ——主轴伸出长度。
(3)宏程序的实现 按照上面的流程图与系统分
析，我们编写出如下的工作台转位安全距离计算宏程
序：
$ RETRACT
[V1=V1001](保存当前的移动模式)
[V2=V1012](保存当前的位置模式)
[IF，VI102=0，GO，801] (表示如果当前的刀长补偿
号为0则报警，提示操作者)
[V3=V [2500+V1102]](得到当前刀长补偿值)
[IF，V201=V0，GO，803](检查是否指定了工件最大
旋转半径)
[IF，[V201+VR]<100，GO，802](确保刀尖距离工
作台中心保持最小100mm的距离，否则报警)
■ 2010年第19期
WWW．meta1working1950．corn
参磊 工冷加工
[IF，VR =V0，GO，100](检查是否指定了安全间隙)
G73 Z [V201+VR+V3一V1304](退刀远离最大工件旋转
半径一个指定的距离)
[GO，800]
N100G73 Z[V201+V3一V1304] (退刀至最大工件旋转
半径)
N800G [V2]G [V1](恢复调用宏前的模式)
[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(程序结束)
在主程序中用如下方式进行调用：
G72$RETRACT，[VR=100]
上面的调用语句保证在工作台转位前，刀具先退到
距离工件最大旋转半径100mm的位置，然后旋转工作
台，从而可靠地保证了转位的安全。工件最大旋转半
径，我们可以在装夹工件后，通过机床操作面板输入到
全局变量V201中。这样一旦工件毛坯出现大小不一的
情况，我们只需要在操作面板上更改这个变量值就可以
了，不用去更改程序，从而避免了修改程序时出现输入
错误。
三、结语
使用宏程序时系统会根据每把刀具的不同长度来自
动调整退刀距离，同时不受不同夹具偏置的影响，既保
证安全，又减少无效空行程，弥补了传统编程方法的缺
点。而且一次编写，反复使用，提高了程序的可复用
性，简化了程序的编写难度。也在很大程度上减少人工
计算量，从而避免产生人为的计算、输入等错误的发
生，增强了加工程序的鲁棒性。
当然，每种数控系统都有各自不同的特点，在程序
代码上也必然会有不同之处。但编程思路是通用的，本
文通过一个Tosnuc888系统的具体实例，尝试阐述这种
编程思路，以供大家在工作中解决此类问题时进行参
考。本文的宏程序实例为了更清晰显示出编程思路，在
语句处理上没有进行优化，所以步骤较多，读者在实际
编写自己的安全转位宏时，可以根据自己所用系统的指
令特点进行优化。MW (收稿日期：20100625)

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