四轴加工中心旋转工作台任意点位的坐标系跟踪

一、引言

    在带旋转工作台的四轴加工中心上，已知工件上任意一点的坐标及该点法向与机床Z轴的夹角，利用宏程序可以很快地求出工件旋转任意角度某点的新坐标，使刀具能快速准确地定位于工作台旋转后的新点位，从而实现任意点位的坐标跟踪功能，在该点的法向平面内编程，很容易实现坐标系的旋转。在进行复杂工件的多面加工时，可以极大地减轻工人的找正强度，同时又大大简化编程，效率得到大幅提升，具有较强的实际意义。

二、四轴加工中心及装夹特点

    四轴加工中心，除X、Y、Z三轴外，一般有一旋转工作台，立式加工中心为绕X或Y旋转的A或B轴。卧式加工中心为绕Y轴旋转的B轴。无论是立加还是卧加，在加工时，工件装在旋转工作台上，操作者都需要先找正工件，然后将找正数值输入到数控系统的坐标偏置寄存器中，这样就确定了一个工件坐标系。然而，不同的零件其形状、加工部位和装夹姿态不同，所对应的找正基准也就不同，所设定的坐标系也是不同的，即工件坐标系是随不同的零件而随机设定的。但是有一部份工件，其加工部位与找正基准所确定的坐标系对应着一定的角度关系，该角度可能是一个变量，且在图纸上所标的基准往往是找正基准。操作者在加工此类工件时如果没有夹具定位，不同的工件需要找正坐标系，每次装夹都要进行细心繁琐的计算，以求出所加工点位坐标与工作台旋转中心的偏移量，或者通过先旋转工件，再找正加工点位面的方法。这样不仅效率低下，易出错，而且大量占用了机床的调试时间，增加了操作者的工作强度。

    如何能让操作者按图纸找正工件的基准，不用考虑工件旋转的点位变换，就可以在找正的基准下的坐标系内直接编程，快速地进行加工呢？利用宏程序来进行坐标变换，计算出工作台旋转任一角度后的点位的新坐标，从而使刀具快速定位于工件上的这一坐标点，可以轻而易举地实现这一点。

三、相关坐标系及点位转换

    如图1所示加工工件时加工中心的相关坐标系。机床坐标系是机床厂家设置在机床上的一个物理原点，一经回参考点，机床坐标系就建立起来了，它的原点即为机床的绝对原点。工件坐标系是以工件上的某一点为原点的坐标系，操作者找正工件后将相关数据输入到数控机床坐标偏置内的值即为工件坐标系的原点，它在机床坐标系中的坐标位置如图所示为A1、B1、C1值。四轴旋转工作台的旋转中心（P旋转）是在机床中的一个固定点，它在机床坐标中的位置也是固定的，其（P旋转）在机床坐标系中的坐标位置为A、B、C值。故可以求得工件坐标系与四轴旋转中心（P旋转）的相对关系为：