项目十三 坐标系、偏移、旋转

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1、项目十三 坐标系、偏移、旋转一、 实训目的：1. 掌握数控机床坐标系的种类，及运动原则的确定。2. 掌握机床坐标系坐标轴方向的确定。3. 掌握如何确定工件坐标系及各个坐标轴的偏置。 4. 了解数控机床附加坐标轴及运动方向。5. 掌握工件坐标系偏移用法及注意事项。6. 掌握工件坐标系旋转指令的应用及注意事项。二、 理论基础：（一）坐标系 数控机床坐标系分为：a)机床坐标系b)相对坐标系c)绝对坐标系1. 机床坐标系的确定机床坐标系是机床上固有的，用来确定工件坐标系，并建立在机床原点上。机床原点是数控机床的一个基准位置，也是机床上的一个物理位置。（1） 机床相对运动的规定 在机床上，始终认为工件静

2、止，而刀具是运动的。这样，编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。（2） 机床坐标系的规定 在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称为机床坐标系。如图13-1所示。图13-1图13-2标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔儿直角坐标系决定，如图13-3所示（a）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90，则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。 （b）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐

3、标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。（c）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B和C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B和C的正向，如图13-3图13-3 (3)运动方向的规定 增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，如图13-4所示为数控铣床上三个运动的正方向。图13-4（3） 坐标轴方向的确定（a） Z坐标 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正方向为刀具离开工件的方向。图13-4所示为数控铣床的Z坐标。（b） X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面，一般

4、在水平面内。在铣床确定X轴的方向时，要考虑两种情况。 卧式铣床：Z坐标是水平的，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方。 立式铣床：Z坐标是垂直的，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动指向右方。如图13-1所示为数控铣床的X坐标。（4） Y坐标 在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来确定Y坐标的方向。图13-4所示为数控铣床的Y坐标。2. 工件坐标系 工件坐标系是编程人员在编程时，根据零件尺寸、形状，为便于编程而在零件图上设定的坐标系。该坐标系一旦确定，工件在机床上的安装位置和方向也就确定。建立工件坐标系包括确定坐标原点和坐标轴方向。坐标

5、原点通常是建立在零件最重要的设计基准上。例如基准面的中心点、基准面和基准线的交点等。在确定原点位置时，主要考虑编程计算方便、机床调整方便、对刀方便及其毛坯上位置确定方便等。一般情况下，工件坐标的坐标系的坐标轴方向和机床坐标轴的方向相一致，当加工需要时，也可以不一致。加工时，先测量工件原点与机床原点之间的距离，即图13-2所示X、Y、Z的偏置值，将该偏置预存到数控系统中，在加工时工件原点偏置值便自动加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定的加工坐标值进行加工，而编程人员则按照工件坐标系进行编程，这样使用起来非常方便。3. 机床坐标系设置指令（1） 机床坐标系设定指令G53 机床坐标系也称也

6、称为机床参考点坐标系。在FANUC/SIMENS系统中，用G53指令来指令目标点在机床坐标系中的位置。G53指令用于移动刀具或工作台，类似于快速移动指令。该指令格式：G90 G53 X_Y_Z_式中，X、Y、Z机床坐标系下的绝对坐标值。（2） 工件坐标系设定指令G54G59使用G54G59指令设置机床坐标系。在用试切法进行对刀时，预先用面板G54G59等指令，利用系统中的刀具位置测量功能，自动计算工件坐标系零点在机床坐标系中的位置，这样可设定6个对应的工件系。编程格式：G54G59(G90)GOO X_Y_Z_式中，X、Y、Z任意一个合适点的坐标值。（注：类似起刀点位置）注意事项如果使用G53

7、指令，必须是在G90方式使用如果使用G54G59指令对刀来设定工件坐标系，在执行加工程序之前，刀具可以在任何位置（但要考虑安全因素），也就是说刀具可以在任何位置上启动加工程序。用G54G59指令建立坐标系，必须在接通电源后做一次手动返回参考点的操作，才能正确建立工件坐标系。（二）坐标系偏移(局部坐标系)坐标系偏移是为了方便编程，在工件坐标系中设定的子坐标系，实际上就是通常所说的坐标系变换功能。 在工件坐标系中，可以设置局部坐标系。局部坐标的原点可以设定在工件坐标系中的任意指定位置。当局部坐标系设定时，后面的以绝对方式（G90）指令的移动是局部坐标系中的坐标值。为了取消局部坐标系并在工件坐标系中

8、指定坐标值，应使局部坐标系零点与工件坐标系零点一致。指令格式：FANUCG52 X Y Z _ (在单独的程序段编程) G52 X0 Y0 Z0 (取消局部坐标系)式中 X、Y局部坐标系原点在原工件坐标系中的坐标值。局部坐标系SIMENSTRANS X Y Z _(在单独的程序段编程)ATRANS X Y Z _(在单独的程序段编程)TRANS (取消局部坐标系)指令参数意义： TRANS：坐标系转换（局部坐标系） ATRANS：是附加的坐标系转换，相对于已经存在的局部坐标系。图13-5 TRANS/A TRANS的关系注意事项 局部坐标系设定不改变工件坐标系和机床坐标系。 局部坐标系使用完之

9、后必须要取消局部坐标系指令。 局部坐标系暂时清除刀具半径补偿中的偏置。 绝对值方式中，在局部坐标系指令之后立即指定运动指令。（三）坐标系旋转 编程形状能够旋转。用该功能（旋转指令）可将工件旋转某一指定角度。另外，如果工件的形状由许多相同的图形组成，则可将图形单元编成子程序，然后用主程序的旋转指令调用。这样可简化编程。指令格式：FANUCG17G18 G68 R;坐标系开始旋转G19G69: 坐标系旋转取消G17 (G18或G19): 平面选择，在其上包含旋转的形状。 与指令的坐标平面（G17、G18、G19）相应的X_Y_Z_中的两个轴的绝对指令，在G68后面指定旋转中心。R_ 角度位移，正值

10、表示逆时针旋转。负值表示顺时针旋转。旋转中心（）旋转角度R（绝对值）旋转角度R（增量值）图13-6SIMENS:1.编程格式： ROT X_Y_Z_ROT RPL=_开始坐标系旋转 AROT X_Y_Z_AROT RPL=_ ROT 取消坐标系旋转每一个指令必须在单独的一个NC程序段内编程。2. 指令和参数意义： ROT：工件坐标系的零点的绝对旋转。 AROT：可编程的零点的相对旋转。 X_Y_Z_:在空间的旋转，旋转所绕的几何轴。 RPL: 在平面内的旋转，坐标系旋转转过的角度。3功能 ROT/AROT可以围绕几何轴（X,Y,Z）中的一个旋转坐标系，也可以在给定的平面内（G17G19）(或围

11、绕垂直于他们的进给轴)旋转一定的角度得到旋转后的坐标系。这使得倾斜的表面或几个工件边在一次设置中被加工出来。4. 在空间的旋转替代指令ROT X_Y_Z_是通过围绕特定轴旋转一个编程的角度来实现坐标系绝对旋转，旋转基点是上一次通过G54G59设置的一个工件坐标系原点。相对指令AROT X_Y_Z_也是通过围绕特定轴旋转一个编程的角度来实现坐标系相对旋转。不过它是以当前的或上一次的编程零点位置作为旋转参考点。如图13-7图13-75. 平面内的旋转坐标系在G17G19所确定的平面内的旋转。替代指令ROT RPL=_:相对指令AROT RPL=_。坐标系在目前的平面内旋转通过编程角度RPL=_确定

12、。注意事项：FANUC 坐标系旋转指令用完之后要立即取消。 在坐标系旋转G代码的程序段之前指定平面选择代码（G17G19）。平面选择代码不能在坐标系旋转方式中指定。 不编程时，则G68程序段的刀具当前位置认为是旋转中心。 R 角度位移，从第三轴正方向看，顺时针方向为负，反之为正。 在坐标系旋转之后，执行刀具半径补偿、刀具长度补偿、刀具偏置和其它补偿操作。 当G68被编程时，在G68之后，绝对值指令之前，增量值指令的旋转中心是刀具位置。 取消坐标系旋转方式的G代码（G69）可以指定在其它指令的程序段中。也可以单独一段。SIMENS 坐标系旋转指令用完之后要立即取消。 空间绕坐标轴旋转 X Y Z

13、后跟角度值。 平面坐标系旋转指令ROT RPL在ROT 和RPL之间要输入空格。 平面旋转坐标系，系统默认刀具当前位置为旋转中心。 ROT RPL 后跟角度值，从第三轴的正方向看顺时针为负，反之为正。实训步骤：课后题1（必做）深度1mm课后题2（选作）课后题3（选作）1.所需材料：100X100X20 铝块2.所需工具：10三刃立铣刀 平口钳 游标卡尺 寻边器 Z轴设定器 垫块3.切削参数：S800 F200 D=5 H=04.评分标准： 53 每超差0.01mm扣一分，扣完为止 总分5分 30 每超差0.01mm扣一分。 总分5分 深度1每超差0.01mm扣一分 总分5分 偏移旋转定位尺寸

14、20 30每超差0.01mm扣一分。 总分10分注意事项：图一：用偏移和旋转时要考虑之间的前后关系。 偏移指令用完之后在程序最后要取消偏移指令 旋转指令的角度如何来判断。解决方案： 先用偏移指令后用旋转指令。 从Z轴正方向看顺时针为负，逆时针为正。FANUCSIMENSO1111AB1111G90 G54G17G00Z100; G90 G54G17G00Z100;M03S800F200 M03S800F200X-10Y-10 X-10Y-10Z5 Z5G01Z-2G01Z-2G41D1X0Y0G41D1X0Y0Y30Y30X10X10XTAN30*20+10Y10,R6X=TAN(30)*20

15、+10Y10RND=6X38X38G03Y22R6G03Y22CR=6Y30Y30X52X52X60Y22X60Y22Y7Y7G03X53Y0R7G03X53Y0CR=6X0X0G40X-10 Y-10G40X-10 Y-10G00Z100G00Z100M30M30O2222AB2222G90 G54G17G00Z100; G90 G54G17G00Z100;G52X20Y40 TRANSX20Y40G68X0Y0R45 ROT RPL=45M03S800F200M03S800F200X-10Y-10X-10Y-10Z5Z5G01Z-2G01Z-2G41D1X0Y0G41D1X0Y0Y30Y30X10X10XTAN30*20+10Y10,R6X=TAN(30)*20+10Y10RND=6X38X38G03Y22R6G03Y22CR=6Y30Y30X52X52X60Y22X60Y22Y7Y7G03X53Y0R7G03X53Y0CR=6G52X0Y0X0X0G40X-10 Y-10G40X-10 Y-10ROTG69TRANSG00Z100G00Z100M30M30思考题 思考题1下次课预习内容 比例缩放、镜像、极坐标 理论知识。 FANUC和SIMENS比例缩放、镜像、极坐标之间区别。 预习所附例题。17