专利名称：数控加工防操作差错技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及数控加工技术领域，特别是关于数控加工中防止操作差错的技术。
背景技术：
众所周知，数控加工就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工， 加工的全过程包括走刀、换刀、变速、变向、停车都是自动完成的，是一种由计算机程 序控制的现代化加工手段，其加工的准确性和精度以及加工效率都是传统的机械加工所 无法比拟的。
随着数控加工技术的发展以及数控工艺程编的技术进歩，由数控工艺程编造成失误 的比例己经大幅度减少；同时，由于数控操作失误引起的质量损失逐渐成为主要矛盾。 特别是目前航空产品逐渐趋向复杂化、整体化，加工设备高速化，因此操作失误引起的 损失十分巨大。每年数控行业因为对刀错误、坐标系设置错误、刀长设置错误、刀具使 用错误而造成大量的零件超差报废，不仅耽误了零件的交付，而且使企业蒙受巨大的经 济损失。
目前，数控加工领域对如何防止或减少数控操作失误还缺少有效手段,防止数控操 作失误主要还是靠操作者的责任心和技术水平，通过反复核査减少失误，人为因素影响 很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过简单的系统宏程序调用就能实现对使用刀具、坐标 系设置进行自动检测的技术，避免数控加工中因操作失误所造成的经济损失。
为实现上述目的，本发明的数控加工防操作差错技术，含有数控加工机床和数控加 工系统，在数控加工系统内有工件加工程序和机床坐标系、工件坐标系，通过系统参数 调用机床坐标系和工件坐标系可以实现转换，其特征在于在数控加工机床的工作台上某 一固定位置设有一个标准校验块，在工件加工程序前增加一个针对校验块走刀的操作校 验程序。
本发明的优点在于提供一种低成本，易操作的防操作差错技术，在对工件实施加工
前通过系统调用一个防差错校验程序首先对校验标准块进行走刀校验，以此避免在数控 加工中因人为操作失误而造成产品质量损失或机床事故。
以下结合实施例附图对该申请作进一歩详细描述-
图1是防差错技术原理示意图
图2是防差错校验块结构示意图3是防差错程序刀具轨迹示意图4是防差错数控加工主程序结构框图
图5是防差错校验子程序设计流程框图
图中编号说明l机床工作台、2待加工工件、3工件坐标系、4机床坐标系、5加
工刀具、6校验块、7校验块凸台、8校验块底座、9螺栓 具体实施例
参见附图l，相对于数控加工机床的机床工作台1，机床坐标系4恒定不变，而工 件坐标系3则随待加工工件2的变化发生变化，校验块6是固定在机床工作台1上的一 个可更换的锥形标准块，该校验块在机床坐标系4内的坐标值是一个不变的固定值，校 验块6在工件坐标系3下的位置，可以通过系统参数调用，从机床坐标系到工件坐标系 进行转换来实现。
数控加工系统在执行零件加工程序前，设置完工件坐标系之后，先调用防差错校验 程序，使加工刀具5沿防差错校验块6的锥面走刀检査，确定刀具的使用规格、坐标系 的设置是否正确。如果刀具错误或坐标系设置有误，则发出报警信息或铣伤校验块，提 醒操作者对刀具和工件坐标系的设置进行检査。
参见附图2，防差错校验块材料为铝合金，防差错校验块6由校验块底座8和校验 块凸台7组成，校验块底座8用螺栓9固定在机床工作台面上，校验块凸台7是一个锥 形标准块，用螺栓连接在底座上，能够在铣伤后快速更换。防差错校验块6—旦安装完 成后，其在机床上的位置是固定不变的，并且一般安装在机床的一角，避免影响零件正 常加工。
和传统的数控加工程序不同，包含防差错校验过程的数控加工程序包括主程序和进
行了特定开发的防差错校验子程序(或称宏程序)。
在正式加工零件之前，主程序在设置完工件坐标系后，先调用防差错校验子程序， 同时将相应的刀具信息以参数形式传递给校验子程序，子程序完成防差错校验过程后， 再执行零件加工程序。如果需要进行镜像加工，则由主程序设置镜像指令自动进行，不 需要操作人员手动设置镜像，如图4所示。
防差错校验子程序如图5所示，操作校验程序包括以下流程接受相关参数、判断 参数信息、计算机床坐标和当前工件坐标之间差值、转换校验块的机床坐标为工件坐标、 计算校验轨迹、启动刀具实施校验轨迹、结束校验返回主程序。
刀具的径向补偿参数、长度参数等参数由操作人员输入机床，刀具直径D、刀具底 角R、径向刀补号A及刀补范围C等参数由程编人员在主程序中定义，子程序接受相 关参数后，首先判断刀具直径、底角、刀补地址信息是否足够以及刀补值是否超出范围， 并判断是否手动设置了镜像操作，对每一项参数进行赋值判断，如果输入的参数不够或 与程序中要求的参数不一致，则系统发出报警信号，提醒操作人员进行相关参数的核对。 参数判断完成后，计算机床坐标系和当前工件坐标系坐标XYZ差值，然后将校验块的机 床坐标转换为工件坐标，计算刀具沿校验块锥面走圆弧轨迹时的圆弧半径，在工件坐标 系下，刀具沿设定的校验轨迹运动，如图3所示，刀具从起刀点走到校验块上方P点， 由P点运行到L点，再移动到与校验块锥面贴近的K点，刀具沿校验块锥面走圆弧轨迹 一周后，运行到H点抬刀，再回起刀点，子程序结束，返回主程序。
防差错校验子程序执行完成后会出现三种情况。第一种是没有任何错误报警信息, 刀具沿校验块锥面走刀正常，未铣伤校验块，可以继续正常加工零件；第二种是程序发 出了错误报警信息，则终止程序执行，检査错误原因；第三种是没有任何错误报警信息， 但刀具沿校验块锥面走刀不正常，铣伤校验块或明显偏离校验块，则终止程序执行，检 査错误原因。
本发明的实施可以有效避免以下几种错误
a) 工件坐标系设置错误；
b) 错误的设置镜像操作；
c) 刀长设置错误；
d) 刀具规格使用错误(刀具直径、底角)；
e) 刀具径向补偿设置超出范围；
0在刀具直径和底角值没输入时，也会发出错误报警。
防差错校验子程序的开发主要以应用系统参数、系统变量并进行算数、逻辑运算 为基础，脱离了具体加工零件，因此对特定机床上所有零件具有通用性。防差错校验子 程序一直驻留在数控机床系统中，任何零件的加工只要简单调用即可。 实现示例
1、在FANUC系统中防差错校验程序实现示例
1) FANUC宏程序编程
在FANUC系统中，使用宏程序编程方法实现的防差错方案。 宏程序把实现定义的实现某种特定功能的一组指令像子程序一样预先存入存储 器中，用一个指令来代表这个存储的功能，实现在其它程序中对该功能的引用。把这一 组指令称为宏程序。在宏程序中，可以使用变量、算术、逻辑运算等，可以进行参数传 递。
2) 编程前提-
工件坐标系方向和机床坐标系方向一致，对称零件的加工使用镜像指令实现，避免 操作人员手动干预。
3) 程序示例
无镜像加工时的主程序
G00G90G54X0Y0Z100 (主程序开始) M03S8000
G65P9999D30R5A1C0. 1 (带参数宏程序调用)
(D为刀具直径，R为刀具底角) (A为径向刀补号，C为刀补范围)
……… (具体零件加工程序，省略)
M30 (主程序结束)
镜像加工时的主程序
G00G90G54X0Y0Z100 (主程序开始) M03S8000
G65P8888D30R5A1C0. 1 (带参数宏程序调用) G51. 1Y0. 00011. 000J-1. 000A0. 000 (镜像指令打丌)
G50. 1Y0. 00011. 000J-1. 000A0. 000 M30
子程序-%08888
IF[#7 EQ #2]GOTO 10 IF[H18 EQ #2]GOTO 10 IF[#3007 NE O]GOTO 20 #115=11 [2000+#1] IF[ttl15 LT #3]GOTO 25 IF [#115 GT -113] GOTO 25 #108=#4014 ■1+#5021 #102=0-船022 #103=#5043-#5023 H104=X+#101 #105=Y+#102 #106=Z+#103
#107=30+#7/2-0. 58579*#18+0. 2
(具体零件加工程序，省略)
(镜像指令关闭) (主程序结束)
(判断D是否赋值，没有则报警) (判断R是否赋值，没有则报警) (判断是否设置了镜像，有则报警) (计算刀具径向几何偏置和磨损偏置和)
(判断刀补是否在范围内)
(保存第14组G代码)
(计算工件坐标系和机床坐标系X差值)
(计算工件坐标系和机床坐标系Y差值)
(计算工件坐标系和机床坐标系Z差值)
(转换P点X机床坐标为工件坐标)
(转换P点Y机床坐标为工件坐标)
(转换P点Z机床坐标为工件坐标)
(计算刀具偏出量，见程序说明)
G01G91GW08Z-#5023F500(回机床ZO面)
G01G90Xttl04Yttl05F500(走到P点上方)
Z#106F500(走到P点)
G01G91Xftl07Y#107F500(走到L点，见图3)
Z-115. 000F500(下刀)
Y-#107F500(走到K点，见图3)
G02G90G17I#107F2000(刀具沿校验块锥面走圆弧)
G01G91Y-#107F500(走到H点，见图3)
Z115.000F500(抬刀)
Z-H5023F500(回机床zo面)
G01G90X0Y0F500(回工件坐标系XOYO点)
Z#5043F500(回起刀点)
GOTO 30(跳到N30)
N10 #3000=20(NO D OR R)(20报警信息)
N20 #3007=30(tt3007 ERROR)(30报警信息)
N25 #3000=40 (COMPENSATION ERROR) (40报警信息)N30 M99(结束)
#3007地址为一个16位的储存器，用来判断X、 Y轴是否打反向。对XYZAB坐 标系统的五坐标机床统来说，如果工件坐标系方向和机床坐标系方向一致，那么#3007 的值应该为0。
#3000为FANUC报警地址，30为报警号(报警号值可以为0~4095中的值，可以 自己定义)，当#3000=40 (COMPENSATION ERROR)有效时，系统显示报警信息。 2、在SIEMENS系统中防差错校验程序实现示例 无镜像加工时的主程序
G00G90G17G642G54X0. Y0. Z100. AO. CO.(主程序开始) M03S8000M08Rl=30
R2=5
L8888
M30
(主程序参数R1为刀具直径)
(主程序参数R2为刀具底角)
(子程序调用)
(主程序参数可直接在子程序中引用)
(具体零件加工程序，省略) (主程序结束)
镜像加工时的主程序
G00G90G17G642G54X0. Y0. Z100. AO. CO.
M03S8000M08
Rl=30
R2=5
L8888
$P—PFRAME[Y，MI]==1 求P一PF画E[A， MI]==1 $P—PFRAME[C， MI]-l
(主程序开始)
(Rl为刀具直径) (R2为刀具底角) (子程序调用) (镜像指令打开)
SUPA M30
(具体零件加工程序，省略) (取消所有镜像，恢复原始状态) (主程序结束)
子程序-L8888
IF R1==0 GOTOF BA0JING1 IF R2==0 GOTOF BA0JING1
(判断D是否赋值，没有则报警) (判断R是否赋值，没有则报警)
IF $P_IFRAME[X,MI]==1 GOTOF BA0JING2 (如果X轴手动镜像，报警)IF $P—IFRAME[Y，MIX GOTOF BA0JING2 IF $P—IFRAME[Z，MI]==1 GOTOF BA0JING2 IF $P_IFRAME[A，MI]==1 GOTOF BA0JING2 IF $P_IFRAME[C,MI]=1 GOTOF BAOJING2 R3,A—頂[幻 R4=$AA—IM[Y] R5=$AA—IM[Z] R6=$AA—IW[幻 R7=$AA—IW[Y] R8=$AA—IW[Z] R9=R6-R3 R10=R7-R4 R11=R8-R5 R12=X+R9 R13二Y+R10 R14=Z+R11
R15=30+Rl/2-0. 58579*R2+0. 2 G00G91Z200. 000 G90X=R12Y=R13 Z=R14
G01G91X=R15Y=R15F3000 Z-115.000F500 Y=-R15F500 G02G90G17I=-R15F500 G01G91Y=-R15F500 Z115.000F3000 G00Z300. 000
(如果Y轴手动镜像，报警)
(如果Z轴手动镜像，报警)
(如果A轴手动镜像,报警)
(如果C轴手动镜像，报警)
(保存当前位置机床坐标系下X值)
(保存当前位置机床坐标系下Y值)
(保存当前位置机床坐标系下Z值)
(保存当前位置工件坐标系下X值)
(保存当前位置工件坐标系下Y值)
(保存当前位置工件坐标系下Z值)
(计算工件坐标系和机床坐标系X差值)
(计算工件坐标系和机床坐标系Y差值)
(计算工件坐标系和机床坐标系Z差值)
(转换P点X机床坐标为工件坐标)
(转换P点Y机床坐标为工件坐标)
(转换P点Z机床坐标为工件坐标)
(计算刀具偏出量，见程序说明)
(Z值抬200)
(走到P点上方)
(走到P点)
(走到L点，见图3)
(刀具沿校验块锥面走圆弧)
(走到K点，见图3)
(铣试块)
(走到H点，见图3) (抬刀，回P点高度) (Z值抬300)
G90X0. 000Y0. 000
(回工件坐标系X0Y0点)
AO.000C0.000
(AC摆回0)
G0T0F N100
(向前跳转到NIOO)
BA0JING1:SETAL (65000， NO D OR R) (报警，没有D或R值)
BA0JING2:SETAL (65002, MIRROR BY MDI IS ERROR)(报警，手动镜像错误) M30
S正MENS变量分为3种类型，用户自定义变量、计算参数、系统变量。用户自定 义变量就是用户自己定义的变量，名称和变量类型(如REAL)都可以定义。计算参数 有100个(一般情况下)，为R0 R99，可以直接使用。系统变量是供控制系统使用的 变量，它们可以在程序中进行处理(写、读)。系统变量可以存取零点位移、刀具补偿、 实值、轴的测量值、控制系统的状态等。
SIEMENS系统程序中X， Y， Z， F， S等涉及变量的时候，格式为Xil，中间有等于号。
SIEMENS报警系统通过关键字SETAL实现，后面的括号里要填写报警号，报警号范围 从6000(T69999,其中60000~64999用于西门子循环，65000 69999供用户使用，括号里 还可以编写报警信息。
针对数控加工操作中容易引起操作失误的几个环节，本发明设计了能够有效防止操 作失误的方法，从而避免此类错误造成产品质量损失或机床事故。经实际应用证明该方 法是可行的。
N100 M17
(结束)
权利要求
1、数控加工防操作差错技术，含有数控加工机床和数控加工系统，在数控加工系统内有工件加工程序和机床坐标系、工件坐标系，通过系统参数调用机床坐标系和工件坐标系可以实现转换，其特征在于在数控加工机床的工作台上设有一个校验块，在工件加工程序前增加一个针对校验块的走刀操作校验程序。
2、 如权利要求1所述的数控加工防操作差错技术，其特征在于所述的校验块由校 验块底座和校验块凸台组成，校验块底座固定在机床工作台面上，校验块凸台是一个锥 形标准块，与校验块底座活动连接，该校验块在机床坐标系内的坐标值是一个不变的固 定值。
3、 如权利要求1或2所述的数控加工防操作差错技术，其特征在于所述的操作校验程序包括以下流程接受相关参数、判断参数信息、计算机床坐标和当前工件坐标之间差值、转换校验块的机床坐标为工件坐标、计算校验轨迹、启动刀具实施校验轨迹、 结束校验返回主程序。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种数控加工防操作差错技术，在数控加工机床的工作台上设有一个标准校验块，在工件加工程序前增加一个针对校验块走刀的操作校验程序，通过简单的系统宏程序调用就能实现对使用刀具、坐标系设置进行自动检测，避免数控加工中因操作失误所造成的经济损失。防差错校验子程序的开发主要以应用系统参数、系统变量并进行算数、逻辑运算为基础，脱离了具体加工零件，因此对特定机床上所有零件具有通用性。防差错校验子程序一直驻留在数控机床系统中，任何零件的加工只要简单调用即可。
文档编号G05B19/18GK101169643SQ20071019588
公开日2008年4月30日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者周文东, 辉 田, 郑小伟 申请人:西安飞机工业(集团)有限责任公司