项目十三坐标系偏移旋转.docx
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项目十三坐标系偏移旋转
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，一般在水平面内。
在铣床确定X轴的方向时，要考虑两种情况。
1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。
2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：
G90G53X_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G54～G59
使用G54～G59指令设置机床坐标系。
在用试切法进行对刀时，预先用面板G54～G59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：
G54～G59（G90）GOOX_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
①如果使用G53指令，必须是在G90方式使用
②如果使用G54～G59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。
③用G54～G59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：
FANUC
G52X＿Y＿Z__（在单独的程序段编程）
G52X0Y0Z0（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
SIMENS
TRANSX＿Y＿Z__（在单独的程序段编程）
ATRANSX＿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：
1TRANS：
坐标系转换（局部坐标系）
2ATRANS：
是附加的坐标系转换，相对于已经存在的局部坐标系。
图13-5TRANS/ATRANS的关系
注意事项
1局部坐标系设定不改变工件坐标系和机床坐标系。
2局部坐标系使用完之后必须要取消局部坐标系指令。
3局部坐标系暂时清除刀具半径补偿中的偏置。
4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：
FANUC
G17
G18G68α＿β＿R＿;坐标系开始旋转
G19
G69:
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。
α＿β＿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，正值表示逆时针旋转。
负值表示顺时针旋转。
图13-6
SIMENS:
1.编程格式：
1
ROTX_Y_Z_ROTRPL=_
开始坐标系旋转
2AROTX_Y_Z_AROTRPL=_
3ROT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：
①ROT：
工件坐标系的零点的绝对旋转。
②AROT：
可编程的零点的相对旋转。
4X_Y_Z_:
在空间的旋转，旋转所绕的几何轴。
5RPL:
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（G17~G19）（或围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ROTX_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G54~G59设置的一个工件坐标系原点。
相对指令AROTX_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13-7
5.平面内的旋转
坐标系在G17～G19所确定的平面内的旋转。
替代指令ROTRPL=__:
相对指令AROTRPL=__。
坐标系在目前的平面内旋转通过编程角度RPL=__确定。
注意事项：
FANUC
1坐标系旋转指令用完之后要立即取消。
2在坐标系旋转G代码的程序段之前指定平面选择代码（G17～G19）。
平面选择代码不能在坐标系旋转方式中指定。
3αβ不编程时，则G68程序段的刀具当前位置认为是旋转中心。
4R角度位移，从第三轴正方向看，顺时针方向为负，反之为正。
5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。
6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。
7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
1坐标系旋转指令用完之后要立即取消。
2空间绕坐标轴旋转XYZ后跟角度值。
3平面坐标系旋转指令ROTRPL在ROT和RPL之间要输入空格。
4平面旋转坐标系，系统默认刀具当前位置为旋转中心。
5ROTRPL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：
Φ10三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：
S800F200D=5H=0
4.评分标准：
①53
每超差0.01mm扣一分，扣完为止总分5分
②30
每超差0.01mm扣一分。
总分5分
③深度1
每超差0.01mm扣一分总分5分
5偏移旋转定位尺寸20
30
每超差0.01mm扣一分。
总分10分
注意事项：
图一：
①用偏移和旋转时要考虑之间的前后关系。
②偏移指令用完之后在程序最后要取消偏移指令
③旋转指令的角度如何来判断。
解决方案：
①先用偏移指令后用旋转指令。
②从Z轴正方向看顺时针为负，逆时针为正。
FANUC
SIMENS
O1111
AB1111
G90G54G17G00Z100;
G90G54G17G00Z100;
M03S800F200
M03S800F200
X-10Y-10
X-10Y-10
Z5
Z5
G01Z-2
G01Z-2
G41D1X0Y0
G41D1X0Y0
Y30
Y30
X10
X10
X[TAN[30]*20+10]Y10,R6
X=TAN（30）*20+10Y10RND=6
X38
X38
G03Y22R6
G03Y22CR=6
Y30
Y30
X52
X52
X60Y22
X60Y22
Y7
Y7
G03X53Y0R7
G03X53Y0CR=6
X0
X0
G40X-10Y-10
G40X-10Y-10
G00Z100
G00Z100
M30
M30
O2222
AB2222
G90G54G17G00Z100;
G90G54G17G00Z100;
G52X20Y40
TRANSX20Y40
G68X0Y0R45
ROTRPL=45
M03S800F200
M03S800F200
X-10Y-10
X-10Y-10
Z5
Z5
G01Z-2
G01Z-2
G41D1X0Y0
G41D1X0Y0
Y30
Y30
X10
X10
X[TAN[30]*20+10]Y10,R6
X=TAN（30）*20+10Y10RND=6
X38
X38
G03Y22R6
G03Y22CR=6
Y30
Y30
X52
X52
X60Y22
X60Y22
Y7
Y7
G03X53Y0R7
G03X53Y0CR=6
G52X0Y0
X0
X0
G40X-10Y-10
G40X-10Y-10
ROT
G69
TRANS
G00Z100
G00Z100
M30
M30
思考题
思考题1
下次课预习内容
1比例缩放、镜像、极坐标理论知识。
2FANUC和SIMENS比例缩放、镜像、极坐标之间区别。
3预习所附例题。
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