数控机床编程操作加工等都是在坐标系中进行,根据坐标系原点在机床上设置位置和作用的不同,有机械坐标系、工件坐标系、局部坐标系、附加坐标系等;在操作方法上有坐标系建立、坐标系选择、坐标系修改等。文章对上面的相关知识进行研究探讨。
  关键词:数控机床;坐标系;研究
  1机械坐标系
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  机械坐标系又称为机床坐标系。机械坐标系原点设置在机床上的一个固定点,这个点由生产厂在机床装配、调试时确定。机床正常运行时,屏幕显示的“机械坐标”就是刀具在这个坐标系中的坐标值。
  1.建立机械坐标系
  机械坐标系是在数控机床开机后通过执行手动返回参考点操作建立的,在正常加工操作过程中它的位置不会改变。当机床工作中发生下面情况时,需要通过返回参考点操作重新建立机械坐标系:
  (1) 机床意外掉电;
  (2) 机床由于过载或发生碰撞停车;
  (3) 按下急停按钮;
  有些数控机床安装了绝对位置编码器,这类机床开机即可获得机械坐标系,不需要进行返回参考点操作。
CNC数控机床坐标系探究图
  2.选择机械坐标系
  指令格式:G53X-Y-Z- ;
  该指令将刀具移动到机械坐标系中由X-、Y-、Z- 坐标值指定的位置(图1)。系统执行该指令时,同时清除了刀具半径补偿、刀具长度补偿和刀具偏置。当需要将刀具移动到机床的特殊位置,例如换刀位置时,应该用G53编制程序指令。
  G53指令是非模态指令,只在当前语句有效。
  使用G53指令编程时,应在绝对值G90状态进行,当在增量值G91状态时,G53指令无效。
  机床用户一般不能也没有必要修改机械坐标系。
  2工件坐标系
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  工件坐标系是为了加工工件方便而设置和使用的坐标系。可以认为它是位于机械坐标系中的子坐标系,根据加工需要一个工件可以设置一个或几个工件坐标系,程序运行中可以选择其中任意一个。屏幕显示的“绝对坐标”就是刀具在所选择的工件坐标系中的坐标值。
  1.建立工件坐标系
  工件坐标系一般有两种方法:一种是可设定的工件坐标系建立(G54-G59),它通过对刀操作确定机床坐标系原点与工件坐标系原点之间的偏置值;另一种是通过指令G92(车床为G50)建立工件坐标系,它是根据基准刀具在新建工件坐标系中的位置确定工件坐标系。
  (1) 可设定的工件坐标系建立(G54-G59)
  将工件装夹到机床上,通过对刀操作确定基准刀具与工件编程原点的相对位置,再由操作面板输入到相应坐标系G54、G55、 G56、 G57、 G58、G59的坐标值中,这些数值就是工件坐标系原点在机械坐标系中的坐标值。
  (2) 指令G92建立工件坐标系(车床为G50)
  指令格式:铣床G92X-Y-Z- ;
  指令中的X-Y-Z- 是刀具上某一点(一般是刀具基准点)在新建工件坐标系中的坐标值(图2)。由于用G92(G50)指令建立的坐标系原点是根据刀具位置确定的,当程序启动时刀具处于机床不同位置,工件坐标系原点的位置也随之改变。所以用这种方式建立工件坐标系时,编程人员需要在工序简图中标出刀具位置,程序启动前一定要把刀具移动到这个指定的位置。为了在加工下一工件时不致发生坐标原点改变,程序结束时应当把刀具移回程序开始时的位置。
  如果在刀具偏置或补偿期间使用G92指令,则刀具偏置或补偿被取消。
  2.选择工件坐标系
  G92既是工件坐标系设置指令,也是选择指令,可直接使用。
  工件坐标系G54-G59可以下面指令格式选择:
  (1):G54;(或G55-G59);
  指令意义:选择工件坐标系G54(或G55-G59)
  在MDI方式执行该指令后,屏幕显示的“绝对坐标”变为刀具在所选择的工件坐标系中的坐标值;
  (2):G54G90G00X40.Y50.;
  指令意义:选择工件坐标系,绝对值编程,刀具由当前点快速移动到X40.Y50.位置,屏幕显示的“绝对坐标”为刀具在所选择的工件坐标系中的坐标值;
  若机床上电开机并返回参考点后未选择工件坐标系,则系统默认G54为当前工件坐标系。
  3.修改工件坐标系
  工件坐标系G54-G59可通过下面方式修改:
  (1) 在操作面板修改
  用OFFSET键调出“工件坐标系设定”画面,重新输入或加减G54-G59中需要修改的坐标数值就能够修改G54-G59原点。
  (2) 用G10指令修改
  指令格式:G10 L2 Pp X-Y-Z ;p=1-6,对应G54-G59
  例如:G10 L2 P3 X-150 Y-200 Z-300;
  意义:设置工件坐标系G56原点在机械坐标系X-150Y-200Z-300位置。
  (3) 修改外部工件零点偏移
  当屏幕显示“工件坐标系设定”画面时,在G54上方有“番号00”(EXT)X、Y、Z坐标值,它们是G54-G59原点与G53原点的过渡偏移(图3)。当这些值为0时,G54-G59原点偏移的基准点均为G53原点;当它们被定义数值后,这些数值将分别附加于G54-G59原点相对于G53原点的偏移数值中。
  通过修改外部工件零点偏移操作,在程序试运行时可以很方便地将Z轴移至安全位置。
  3附加工件坐标系
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  使屏幕显示 “工件坐标系设定”画面,按翻页键PAGE,会看到显示P01(G54.1)、P02(G54.1)、……P48(G54.1)坐标系,这些就是附加工件坐标系。
  1.附加工件坐标系的建立过程与工件坐标系G54-G59完全相同,在程序中的使用也完全相同。
  2.选择附加工件坐标系:
  指令格式:G54.1 Pn;或G54 Pn;P:1-48
  例如选择P02(G54.1) 坐标系,则指令为 G54.1 P2;或G54 P2;
  若指令只写G54.1,没有P参数,则系统选择P01(G54.1)。
  3.修改工件坐标系
  (1) 在操作面板修改与G54-G59方式相同
  (2) 用G10指令修改
  指令格式:G10 L20 Pp X- Y- Z- ;p=1-48,对应P01( G54.1)-P48( G54.1)
  指令意义与G54-G59相同。
  (3)修改外部工件零点偏移,与G54-G59操作相同。
  4局部坐标系
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  局部坐标系是在工件坐标系G54-G59中的设置的子坐标系(图4),局部坐标系在程序中用指令G52设置取消。
  设置指令格式:G52X- Y-Z- ;
  取消指令格式:G52X0 Y0Z0 ;
  应用举例:
  O1001;
  N10 G90 G54 G0 X0 Y0 S300 M03 ;选择坐标系G54,快速移动到X0 Y0
  N20 Z 0;
  N30 G01 X100 F30 ;
  N40 Y50 ;
  N50 G0 Z50 ;
  N60 G52 X80 Y80 ;设置局部坐标系,原点位于坐标系G54中X80 Y80处
  N70 G0 X0 Y0 ;快速移动到G52坐标系X0 Y0
  N80 G01 X50 ;
  N90 G0 Z50;
  N100 G52 X0 Y0 ;取消局部坐标系
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  上面探讨了数控机床坐标系的相关知识。坐标系操作是数控编程加工中非常重要的工作,对正确、合理、迅速的完成工件加工起着很重要的作用,应当作为重点知识掌握。