工件在铣床上常用的装夹方法有以下几种：(1)用平口虎钳装夹;(2)用分度头装夹;(3)用压板、螺栓直接将工件装夹在铣床工作台上;(4)在成批生产中用专用夹具装夹。工件在加工时为使零件轮廓与机床坐标轴相平行或垂直，均需要对夹具、工件进行校正。一般采用比较法进行工件的校正。这种校正方法比较直观，多用于平口虎钳、分度头和专用夹具的校正。在压板、螺栓装夹工件时，直接对工件校正，其速度慢、效率低，在进行批量生产时，则显得更加突出。本文使用宏程序的参数调用与计算功能，结合三角函数与数控机床的简化编程功能，即可实现零件装夹的自动校正。

　　一、工件自动校正实施原理

　　在数控铣床(加工中心)上完成零件的装夹后，若未进行校正即直接对零件进行对刀、加工，通常会使编程坐标系x’oy’与工件坐标系xoy的坐标轴在装夹平面发生倾斜，夹角为α，如图1所示。使用现代CNC数控系统的简化编程坐标旋转功能，旋转一个编程形状，相当于实际位置相对于编程位置旋转了某一角度。根据编程坐标系x’oy’与工件坐标系xoy的坐标轴在装夹平面内的夹角为α，以坐标系原点为旋转中心，通过对零件加工图素的坐标轴进行旋转角度α，使工件坐标系x’oy’坐标轴与编程坐标系xoy坐标轴重合，从而快速、自动实现对加工工件的校正。

　　二、具体操作方法

(1)零件在装夹后，按编程坐标系进行对刀，记录工件坐标系零点坐标值(一般情况下，该值需输入机床1号工件坐标系);(2)根据加工图样，选择编程坐标系与工件坐标系相关联的图素，使用分中棒采取、记录其轮廓上任意一点的机械坐标值;(3)使用宏程序参数调用与计算功能，结合三角函数，计算编程坐标系与工件坐标系的夹角;(4)使用数控机床的简化编程功能(坐标轴旋转G68和G69)，采用宏程序编程，对加工图素进行坐标轴旋转，使工件坐标系坐标轴与编程坐标系坐标轴重合，从而快速、自动实现加工工件的校正。

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三、工件零点偏移值系统变量及宏程序编程应用

工件零点偏移值系统变量是工件坐标系零点在机床坐标系中坐标值的系统变量。以FANUC0i四轴数控铣削加工系统为例，根据机床参数说明，1号工件坐标系(G54)工件零点偏移值的系统变量为：#5221～#5224。工件(毛坯)完成装夹、对刀后，轮廓上坐标点在工件坐标系与机床坐标系中的坐标值一一对应。当工件在装夹时以工件坐标系零点为原点进行倾斜、旋转任一角度后，则可通过提取工作轮廓上任一位置的机床坐标，利用三角函数完成工件倾斜、旋转的角度计算，然后再使用坐标轴的旋转功能对加工图素进行坐标轴旋转，使工件坐标系坐标轴与编程坐标系坐标轴重合。

根据上述推论，建立如图2所示的宏程序编程(工件自动校正)实施过程图。

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　　四、主要应用实施方法

(1)示例一：零件取样轮廓为圆，如图3所示。

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　零件在装夹后，按编程坐标系进行对刀，设坐标系零点的机床坐标为(x，y)，取样圆圆心的机床坐标为(x1，y1)。此时，可得工件坐标系与编程坐标系的旋转角为：http://www.idnovo.com.cn/uploadfile/magazine/uploadfile/201203/20120319103814197.jpg。

　　根据图2所示的宏程序编程(工件自动校正)实施过程图，编制程序如下。

　　O1;(程序名)

　　N00#1=x;(取样圆圆心的机床X轴坐标，对刀时的测量坐标值)

　　N05#2=y;(取样圆圆心的机床Y轴坐标，对刀时的测量坐标值)

N10#3=b;(取样圆圆心在编程坐标系中的X轴坐标)

N15#4=a;(取样圆圆心在编程坐标系中的Y轴坐标)

N20#5=#5221;(坐标系零点O的机床X轴坐标值调用)

N25#6=#5222;(坐标系零点O的机床Y轴坐标值调用)

N30#7=ATAN[[#2-#6]/[#1-#5]]-ATAN[#4/#3];(编程坐标系与工件坐标系重合时旋转角度计算)

　　N60 G90 G54 G68X0Y0R[-#7];(对编程坐标系进行旋转，使编程坐标系与工件坐标系重合)

　　……(零件加工)

　　N160G0G69Z100M5;(快速退刀Z轴至安全高度，主轴停止转动)

　　N165X0Y0;(快速定位至X0、Y0)N170M30;(程序结束)

(2)示例二：零件取样轮廓为直线，如图4所示。

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　　零件在装夹后，按编程坐标系进行对刀，设坐标系零点O的机床坐标为(x，y)，取样直线的机床坐标为(x1，y1)。设分中棒直径为d，此时，可得工件坐标系与编程坐标系的旋转角为：

http://www.idnovo.com.cn/uploadfile/magazine/uploadfile/201203/20120319103836621.jpg

　　。根据图2所示的宏程序编程(工件自动校正)实施过程图，编制程序如下。

　　O2;(程序名)

　　N00#1=x;(取样圆圆心的机床X轴坐标，对刀时的测量坐标值)

　　N05#2=y;(取样圆圆心的机床Y轴坐标，对刀时的测量坐标值)

　　N10#3=d;(分中棒直径)

N15#4=a;(取样轮廓在编程坐标系中Y轴方向上的距离)

N20#5=#5221;(坐标系零点的机床X轴坐标值调用)

N25#6=#5222;(坐标系零点的机床Y轴坐标值调用)

N30#7=ATAN[[#2-#6]/[#1-#5]];(β角度计算)

　　N35#8=ASIN[[#4-#3/2]/ABS[SQRT[#1*#1+#2*#2]]];(γ角度计算)

　　N40#9=#7-#8;(编程坐标系与工件坐标系重合时旋转角度计算)

　　N60G90G54G68X0Y0R[-#9];(对编程坐标系进行旋转，使编程坐标系与工件坐标系重合)

　　……(零件加工)

　　N160G0G69Z100M5;(快速退刀Z轴至安全高度，主轴停止转动)

　　N165X0Y0;(快速定位至X0、Y0)N170M30;(程序结束)

　　五、实例

如图5所示，该零件在加工时由于尺寸较大、外部形状为圆形，对刀难度大。由于一般机床Y向行程较小，此工件需要进行两次装夹来完成16-φ20mm的铣削，工件在二次装夹后工件校正困难。在编程与加工时使用宏程序及坐标系旋转功能，则可有效地减少辅助时间，提高了加工效率，具体操作方法如下。

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　　1.φ80mm及水平中心线以上8-φ20mm孔加工

　　零件在第一次装夹后在机床上通过机械坐标系用分中棒对刀，建立零件加工坐标系G54，另外若装夹后由于机床Y向行程较小而无法采用正常对刀方法对刀、分中时，可采用分中棒测得φ434mm的圆上任意三点机械坐标(x、y)，并利用CAD软件功能，通过所测三点绘制圆φ434mm，查询φ434mm圆心坐标即工件坐标系零点坐标(x、y)，将该坐标输入G54后建立零件加工坐标系。按一般编程方法编程、加工水平中心线以上的φ80mm和8-φ20mm孔。

　　2.水平中心线以下8-φ20mm孔加工

　　(1)零件在第二次装夹时根据加工要求任意放置，装夹后在机床上分中φ80mm圆测得机械坐标为(x-313.59，y-100.87)，输入G54后建立零件加工坐标系。

(2)零件在第二次装夹后在机床上用分中棒测图6中孔1中心的机械坐标为(x-87.69，y-180.86)。

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(3)以FANUC系统为例，根据示例1(零件取样轮廓为圆)的宏程序编程原理，编制零件加工具体加工程序简略如下。

　　O1;(程序名)

　　#1=-87.69;(取样圆圆心的机床X轴坐标，对刀时的测量坐标值)

　　#2=-180.86;(取样圆圆心的机床Y轴坐标，对刀时的测量坐标值)

　　#3=266/2;(取样圆圆心在编程坐标系中的X轴坐标)

　　#4=20;(取样圆圆心在编程坐标系中的Y轴坐标)

　　#5=#5221;(坐标系零点的机床X轴坐标值调用)(x-313.59)

　　#6=#5222;(坐标系零点的机床Y轴坐标值调用)(y-100.87)

　　#7=ATAN[[#2-#6]/[#1-#5]]-ATAN[#4/#3];(编程坐标系与工件坐标系重合时旋转角度计算)

　　G90G54G68X0Y0R[-#7];(对编程坐标系进行旋转，使编程坐标系与工件坐标系重合)

　　X177.Y-20.S2500M3;(零件加工，按图样轮廓编程)

　　Z10.;G1Z0.F200;

　　……

　　……

　　X-174.Y-17.R3.;G1X-177.Y-20.;

　　G0G69Z100M5;(快速退刀Z轴至安全高度，主轴停止转动)

　　X0Y0;(快速定位至X0、Y0)M30;(程序结束)

　　%

　　六、结束语

　　使用宏程序对零件进行快速校正的方法，主要适用于单件、小批量生产时直接进行装夹、加工的零件与每次装夹都要进行重新对刀、校正的零件，可减少加工辅助时间与劳动强度，提高产品的生产效率。