四轴卧式加工中心工作台旋转后坐标系的自动转换分析了在带B轴的四轴卧式加工中心上进行工件多面加工时存在的问题，并根据零件形状要求构建不同坐标，
再利用几何模型和图样尺寸列出各坐标系之间的关系，实现坐标系的转换，将坐标系转换做成宏程序，从而实现任意角度多面工件的加工。1序言
四轴卧式加工中心的应用已越来越普遍，但仍需要不断钻研和发掘设备的性能和功能，才能将其优势发挥到极致，从而更高效地加工出更高质量的产
品零件。本文以工作台旋转后的坐标系转换为例，介绍利用宏程序完成带B轴卧式加工中心的工作台旋转后坐标系自动转换的方法。2坐标系转换
存在的问题一个工件有多个面需要加工时，使用带B轴的四轴卧式加工中心比较方便，只需一次装夹，就可以通过旋转工作台实现多个面的加工。在
实际工作中，由于工件中心一般不是刚好放在工作台旋转中心，而且工件形状各异，所以通常加工每个面时都要重新测量并设定工件坐标系，效率低
而且有测量误差，一些形状复杂的斜面或图样上的虚构面甚至根本无法测量。仔细思考这个问题不难发现，根据零件形状要求，构建不同坐标系，再
利用几何模型和图样尺寸列出各坐标系之间的关系，从而实现坐标系的转换，即可解决以上问题。考虑到工作台旋转后Y坐标无变化，因此下面只分
析计算X轴和Z轴的坐标变化与转换。3坐标系转换过程3.1测量工作台旋转中心X、Z轴机械坐标测量所需工具为主轴标准检棒和带磁吸表
座的杠杆式千分表。（1）测量Xc测量过程如图1所示。a）0°位置?b）180°位置图1??工作台旋转中心X轴机械坐标测量1）将工
作台（B轴）定位在0°位置，标准检棒装在主轴上，表座吸在工作台上并使千分表表针压在检棒侧母线上（见图1a）。手动移动Y轴寻找检棒侧
母线最高点，千分表指针读数置0，记下此处X轴机械坐标Xm1。?2）将检棒向上移至安全位置，将工作台旋转至180°位置。以同样方式，
在另一侧寻找检棒侧母线最高点（见图1b），并移动X轴使千分表读数在上次置0的位置，记下此处X轴机械坐标Xm2，则工作台旋转中心X轴
机械坐标为Xc＝（Xm1＋Xm2)/2。验证：将主轴固定在Xc位置，再用上述方法，只移动Y轴和Z轴，如果在0°和180°位置千分表
的读数完全相同，说明Xc正确，否则需重新测量。（2）测量Zc测量过程如图2所示。a）0°位置b）90°位置图2??工作台旋转中心
Z轴机械坐标测量1）将工作台（B轴）定位在0°位置，主轴移至Xc位置，标准检棒装在主轴上，表座吸在工作台上并使千分表表针压在检棒侧
母线上（见图2a），手动移动Y轴寻找检棒侧母线最高点，将千分表指针读数置0。2）X轴固定不动，工作台转至90°位置（见图2b），移
动机床Z轴使千分表接触检棒端面至千分表读数为前面置0位置，记下Z轴的机械坐标Zm1，主轴标准检棒长度为L，直径为D，则工作台旋转中
心Z轴机械坐标为Zc＝Zm1＋D/2－L。3.2坐标转换几何模型与计算工件初始位置为工作台0°位置，O点为工作台旋转中心，其机械
坐标为（Xc，Zc）。先设置A点为工作坐标系G54零点，进行工件第1面的加工。然后需要将工作台旋转α角度，进行斜面的加工，此时设置
B′点为第2个工作坐标系G55零点，坐标转换几何模型如图3所示，图中已知参数见表1。同时，为便于后面在机床上用宏程序自动计算，在此
给每个参数指定一个宏变量。旋转后新的坐标零点B′点的机械坐标（X0′，Z0′）计算过程见表2。图3??工作台旋转中心坐标转换几何模
型表1?坐标转换前的参数?表2?坐标转换计算过程其中OB线与Z轴的夹角β1可根据B点相对O点的（X1，Z1）坐标位置计算，
西门子数控系统中可通过“ATAN2(X1，Z1)”函数直接得到（数学计算则需要根据B点所处象限分别列出计算，相对较复杂，在此省略
）。B′点相对工作台旋转中心O的坐标（X1′，Z1′）可根据下式计算。X1′＝LOBsin(β1′)＝LOBsin(α+β1)?
Z1′＝LOBcos(β1′)＝LOBcos(α+β1)3.3在四轴卧式加工中心上实现有了以上的计算模型，在机床上用宏程序就比较
容易计算出工作台旋转后新零点的机械坐标。以西门子840Dsl系统为例，使用上述宏变量，坐标转换计算的宏程序如下。%_N_L800
0_MPFR1=(X0B值);DeltaXR2=0;DeltaYR3=(Z0B值);DeltaZR4=(
α值);RotAngleofBR5=2;2--G55/3--G56/4--G57/5--G505/
6--G506R81=(XC值);XOFROTATECENTERR82=(ZC值);ZOFROTATE
CENTERR83=$P_UIFR(1,X,TR);XOFG54R84=$P_UIFR(1,Z,TR);ZOFG54R
85=$P_UIFR(1,Y,TR);YOFG54R95=$P_UIFR(1,B,TR);BOFG54R86=R83-
R81+R1R87=R84-R82+R3R88=SQRT(POT(R86)+POT(R87))?R89=R4+(ATAN2(R89
,R87))180/3.14R91=R81+R88SIN(R89)?R92=R85+R2R93=R82+R88COS(R89
)$P_UIFR[R5]=CTRANS(X,R91,Y,R92,Z,R93,B,R95)M304结束语1）通过标准检棒和带磁吸
的千分表可测量带B轴卧式加工中心的工作台旋转中心的机械坐标，用于工作台旋转后的坐标转换计算。2）根据零件图样尺寸及放置位置，建立几
何模型并进行数学计算，可计算出工作台旋转后新的坐标零点的机械坐标。3）此方案也可推广应用于FANUC、HAAS及其他数控系统的带B
轴四轴卧式加工中心，应用于实际数控加工中可大幅提高多面加工的工作效率和位置精度，特别是对于形状复杂、实际难以直接测量的零件，效果更加明显。本文发表于《金属加工（冷加工）》2021年第4期79-81页，作者：上海电气凯士比核电泵阀有限公司张新民，原标题：《四轴卧式加工中心工作台旋转后坐标系的自动转换》。? |
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