数控加工中的基本坐标系与对刀问题.docx
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数控加工中的基本坐标系与对刀问题
编号
甘肃畜牧工程职业技术学院
毕 业 论 文
课题名称数控加工中的基本坐标系与对刀问题
学生姓名 陈磊
学 号 0703310142
专 业 数控技术
班 级 0702班
指导教师 靳瑞生
2009年9月18日
目录
毕业论文开题报告3-
摘要：
5-
关键词5-
前言6
第一章坐标系的建立与对刀7
1.1工件坐标系和机床坐标系7
1.2数控加工中工件坐标系的建立7
1.2.1G92方式7
1.2.2G54-G59的编程格式和对刀方法10
第二章两种对刀方式的差别13
2.1G92与G54一G59编程的差别13
2.2建立过程的差别13
2.2.1G92指令对刀13
2.2.2G54一G59指令对刀14
第三章数控车床中坐标系建立与对刀15
3.1数控车床的坐标系15
3.2工件坐标系的设定15
3.3应用实例15
3.4中途断电后重新建立坐标系16
结论18
参考文献19
致谢20
毕业论文开题报告
论文题目：
数控加工中的基本坐标系与对刀问题
学生姓名：
李华
专业：
数控技术
指导老师：
靳瑞生
一．本课题的研究意义
1．对刀是数控车削加工中极其重要并十分棘手的一项基础工作，试切对刀法因其较高的准确性和可靠性而得到广泛应用。
试切对刀过程中，巧妙建立工件坐标系能收到事半功倍的效果
2．数控加工中必定会遇到2个坐标系：
（1）编程时以工件上的某个基点作为工件零点，并以工件零点为原点建立起来的工件坐标系；
（2）以机床参考点为原点建立的机床参考点坐标系。
机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，机床坐标系的原点也称机床原点或零点。
二．本课题的重点难点
重点：
1．数控加工中的坐标系的确定
2．坐标系的建立与对刀
难点：
1．机床原点和机床参考点的区别
2．采用G54-G59设定工件坐标系时的对刀方法及偏置值的计算
三．论文提纲
1．数控加工中必定会遇到两个坐标系:
工件坐标系和机床坐标系。
工件坐标系是编程时选择工件上的某一点作为程序原点（或程序零点），并以这个原点作为坐标系的原点，以此建立工件坐标系，他是人为确定的。
机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，机床坐标系的原点在机床一
2．从数控编程到加工涉及了许多有密切联系的技术问题，深刻理解数控程序与加工之间的联系，成为掌握数控编程与操作的关键。
有鉴于此，本文对数控编程中必然涉及的几个问题进行分析，给出了指导性原则。
介绍了建立工件坐标系的方法及与之相应的对刀方法所依据的原理。
完整地论述了数控程序与操作之间的内在联系。
3．通过对数控加工中工件坐标系和机床坐标系的基本概念的分析,分别介绍了利用G92及G54-G59两种不同指令建立工件坐标系的原理及对刀方法,并介绍了如何充分运用两种指令建立工件坐标系的有效途径.
四．参考文献
[1]叶伯生．计算机数控系统原理、编程与操作[M]．武汉：
华中理工大学出版社，1998．
[2]李军．数控机床参考点的设定[J]．制造技术与机床，200O，（7）：
20．
[3]许兆丰．数控车床的编程与操作[M]．北京：
中国劳动出版社，1998．
[4]董献坤．数控机床结构与编程[M]．北京：
机械工业出版社，1997．
指导老师意见
指导老师（签名）
年月日
系部审查意见：
系部负责人：
（签名）
年月日
摘要：
数控加工中操作者要面对2个坐标系，一个是编程时建立的工件坐标系，另一个是机床坐标系，加工前必须通过对刀把它们统一起来。
通过G92和G54一G59两种指令，详细分析了建立工件坐标系的基本原理及对刀技巧。
介绍数控车、铣床工件坐标系的确定以及与其相关的手工对刀操作。
关键词:
数控机床;工件坐标系;工件原点;对刀
Abstract
CNCmachiningoperatortofacethetwocoordinatesystems,oneiscreatedwhenprogrammingtheworkpiececoordinatesystem,theotheristhemachineBedcoordinatesystem,pre-processingmustbeunifiedthroughtheknifehandlethem.ThroughtheG92andG54aG592Zhonginstructions,adetailedanalysisoftheconstructionLiworkpiececoordinatesystemofthebasicprinciplesandtechniquesoftheknife.
Keywords:
NCmachinetool;workpiececoordinatesystem;workpieceoriginalpoint;presetting
前言
在数控机床上加工零件,首先必须编制零件加工的数控程序,即将加工零件的全部工艺过程、工艺参数、位移数据和方向、操作步骤以及规定的代码和程序格式写出。
而在数控编程之前,首要工作之一就是确定工件坐标系,并调整机床,完成对刀操作。
机械坐标系的原点是生产厂家在制造机床时的固定坐标系原点，也称机械零点。
也就是绝对座标。
它是在机床装配、调试时已经确定下来的，是机床加工的基准点。
在使用中机械坐标系是由参考点相对座标来确定的，机床系统启动后，进行返回参考点操作，机械坐标系就建立了。
坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。
在数控加要中,工件坐标系选定后,还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置,即常说的对刀。
所谓刀位点,是指刀具的定位基准点。
例如:
车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心;平底立铣刀为铣刀轴线与底面的交点;球头铣刀为球头的球心;等等。
数控机床上,可采用对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等来对刀;而在经济型数控机床上,常用的对刀方法为手动试切对刀,此法调整简单、可靠,且经济。
第一章坐标系的建立与对刀
1.1工件坐标系和机床坐标系
数控加工中必定会遇到2个坐标系：
（1）编程时以工件上的某个基点作为工件零点，并以工件零点为原点建立起来的工件坐标系；
（2）以机床参考点为原点建立的机床参考点坐标系。
机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，机床坐标系的原点也称机床原点或零点⋯。
这个原点在机床一经设计和制造调整后，便被确定下来，它是固定的点。
而工件坐标系是随不同工件的变化而变化的，数控机床加工工件时，要求刀具是按程序的指令值而运行，编程时也是按工件坐标系来编制的指令值，即工件坐标系的坐标值。
但数控机床运行时是按机床坐标系的坐标而运行的，因此，机床操作者，在加工工件前，要将工件坐标系和机床坐标系统一起来，建立两者之间的关系，使机床能识别用工件坐标系编制的程序，即要进行对刀及有关的数据处理过程。
1.2数控加工中工件坐标系的建立
编程时一般是选择工件上的某一点作为程序原点（或程序零点），并以这个原点作为坐标系的原点，建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。
工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的所取代。
程序原点选择要尽量满足编程简单，尺寸换算少、引起的加工误差小等条件。
一般情况下，以坐标式尺寸标注的零件，程序原点应选在尺寸标注的基准点；对称零件或以同心圆为主的零件，程序原点应选在对称中心线或圆心上，z轴的程序原点通常选在工件的上表面。
程序编制时选用的编程原点是程序原点。
程序被用来加工工件后，程序原点即是工件原点。
数控系统一般采用2种方法来建立工件坐标系：
1.2.1G92方式
定义工件零点与程序起刀点的相对位置来确定工件在机床参考点坐标系中的位置，即G92指令方式.
1）G92的建立过程
G92指令通过设定刀具起点（对刀点）相对于工
件坐标原点的相对位置建立工件坐标系。
此坐标系
一旦建立起来，后边的绝对值指令都是此工件坐标
系中的坐标值，如图1所示。
G92的编程格式如下：
G92X—Y—Z—A—B—C—U—V—W一其中、y、z、A、、C、、、为工件坐标原点到刀具起点的有向距离J。
起刀点就是刀具从这点开始对工件进行切削。
当需要换刀时，刀具也要定位到这点（若采用的是自动换刀要进行刀具长度补偿），所以这点也称为换刀点。
要考虑换刀，所以这点离工件就要求有一定的距离，因为要考虑工件回转时不要碰上刀具。
这种建立工件坐标系的方法实际上是通过刀具的位置来确定工件坐标系的原点。
如车削图1所示的零件时，编程时是以工件右端面的轴心为原点建立了一个工件坐标系，起刀点E定义在离工件右端面30inn1、径向70mm（直径值）的位置上。
图中还表达了以机床参考点尺为原点的机床参考点坐标系。
粗加工帕0rain×40inn1外圆表面的数控程序的编制如下
P1
N10G92X70z30
N20G00x30．2z2s500
N30GO1Z一40F1O0
N40X70
N50G00Z30
N6OM30
数控加工中工件坐标系的建立及其对刀技巧从编程者的角度来说，上面这个加工程序已经编制完毕，它完全是一个基于工件坐标系的数控程序，丝毫看不出与机床参考点坐标系有任何联系，但要把工件装夹到机床上去加工时，就必须确定工件在机床上的正确位置。
这个确定位置的过程就是通过操作者的对刀来实现的。
“对刀”就是把刀尖准确地定位到G92所定义的起刀点E的位置上，也即是通过定义刀尖与工件零点的相对位置来保证工件在机床坐标系中的正确位置n。
2）对刀方法
要把刀尖准确地定位到起刀点E，就必须知道E点在机床参考点坐标系中的位置。
也即是要知道E点在机床屏幕上的显示值。
“对刀”的功能就是把工件坐标系中起刀点E点的坐标值换算成机床参考点坐标系中的显示值，再根据这个显示值来精确地定义刀尖位置。
其具体对刀的操作如下：
采用试切法来确定E点的屏幕显示值。
具体做法是：
先用车刀在工件右端面上车一刀，如果把这个试切端面就定义为工件零点的所在面，则这个试切端面在工件坐标系中的z值为零（Z=0），这时屏幕上还显示了z方向的机床坐标值。
即工件零点在机床坐标系中z方向的坐标值，记作z，。
再试切一段外圆，这时可得到一个方向的屏幕值，这个显示值在直径编程时，是表示刀尖在机床参考坐标系中的直径值，记作朗。
这时测量一下所车的外圆，可以得到一个直径测量值。
通过这2次试切所得到的数值就可以计算出工件零点在机床参考点坐标系中的坐标值，也即屏幕值。
由上可知，工件零点在机床参考点坐标系中的z方向坐标值为zr，设工件零点在机床坐标系中的方向坐标值为，则：
Xr=XEl一根据G92后面的、z设定值，就很容易计算出起刀点E的显示值。
设E点在机床坐标系的坐标值为、，则：
XE=XW+XZE=ZW+Z
其中、z为G92后面的设定值。
假如试切端面时得到的z方向的显示值zr=一100．5，试切外圆时得到的方向的显示值XE=一50，工件直径测得是30．5，则对刀点的机床坐标值
XE=Xw+70=-50-30+70=-10
Ze=Zr+30=一100．5+30=一70.5
计算好了起刀点E的机床坐标值后，就可以用
手动方式将刀尖精确地运动到起刀点上。
1.2.2G54-G59的编程格式和对刀方法
通过找出工件零点与机床参考点的相对距离，把这个相对距离作为零点偏置值输入到系统中，从而达到
使工件在机床坐标系中有一个正确位置的目的，也就是G54-G59的方式。
1）编程格式
G54一G59同样是工件坐标系设定指令，也即是把机床参考点坐标系与机床坐标系联系起来的指令。
其编程格式如下：
G54X_Y_Z_
C55X_Y_Z_
G56X_Y_Z_
C57X_Y_Z_
G58X_Y_Z_
G59X_Y_Z_
可以用G54一G59在6个预定的工件坐标系选择当前工件坐标系，这6个预定工件坐标系的坐标原点在机床坐标系中的值（工件零点偏置值）可用MDI方式输入，系统自动记忆（见图2）。
工件坐标系一旦选定，后续程序段中的绝对坐标值均为相对此工件坐标系原点的值。
在接通电源时输入偏置值的坐标系生效。
图3所示的使用工件坐标系的程序如下：
P2
N10G54G00G90X30Y40
N20G59
N30G00x30Y30
执行N10时，系统会选定G54坐标系作为当前工件坐标系，然后再执行COO移动到该坐标中的A点，执行N20语句时，系统又会选择G59坐标系作为当前工件坐标系，执行N30句时，机床就会移动到刚指定的G59坐标系为当前工件坐标系中的原点。
2）采用G54-G59设定工件坐标系时的对刀方法及偏置值的计算
在数控铣床和加工中心加工工件时，通常采用此种方法设定工件坐标系。
下面以加工图4所示的工件为例来说明其对刀方法和有关坐标值的计算，编程时设定工件坐标系G54、G55。
即如图所示的D和0两点。
对刀的目的是要把D和0点的机床坐标值准确地找出来，输人数控系统的G54和G55的参数中。
可采用试切法或芯棒法对刀，对粗加工而言，只能采用试切法对刀，这里介绍试切法的对刀方法。
如图4所示，先用铣刀沿y方向试切一刀左端面，则屏幕上显示机床坐标值，取方向坐标值。
则0点的X向的机床坐标值
X0=X+铣刀半径
再沿Y方向试切下端面，取屏幕上显示的y方向的坐标值y。
则0点的y向的机床坐标值
Yo=Y+铣刀半径
把X0和y0的机床坐标值通过MDI的方式输入对
应的G54，即完成了G54的对刀，对应的G59的机床
坐标值
XO2=XO1+50
YC2=Y01+40
同样把此对参数输入G55，即完成G55的对刀。
若工件四周为精加工面，则不能采用试切法对刀，只能用芯棒法对刀，对刀方法是用芯棒的外圆表面碰端面取机床坐标值，计算同上，只将公式中的铣刀半径改成芯棒半径即可。
第二章两种对刀方式的差别
2.1G92与G54一G59编程的差别
G92指令后续坐标值指定刀具起刀点在当前工件坐标系的坐标值，因此，需用单独一个程序段指定。
该程序段中尽管有位置指令值，但并不产生运动，在使用G92指令前，必须保证刀具回到加工起点。
该点称为对刀点。
使用G54G59选择工件坐标系时，该指令可单独指定，也可与其他程序同段指定，如果该段程序中有位置指令就会产生运动。
使用该指令前，先用MDI方式输入该坐标系的坐标原点在机床坐标系的坐标。
2.2建立过程的差别
G92指令和G54一G59指令都能达到建立工件坐标的目的，但使用方法有区别：
2.2.1G92指令对刀
G92后面的坐标值一旦设定。
对刀时刀尖只能按设定值要求设定，此时工件坐标系实际上是由刀具的具体位置决定，刀具位置移动，则工件坐标系也随之改变。
此种建立坐标和对刀法一次只能对一把刀，且每次装夹工件都要重新对刀，一般适用于加工工序少的车削零件。
2.2.2G54一G59指令对刀
因为设定的坐标偏置值已输人数控系统，工件坐标系完全由机床坐标值决定，一旦坐标偏置值被输入，一直有效。
所以，对于用同一夹具加工同一工件，只对第1件工件对刀即可，且用该指令建立工件坐标一次可同时对6把刀，即可同时对同一工件完成6个工序，自动化程度高，一般适用于带自动换刀的数控机床，数控加工中心和数控铣床等。
第三章数控车床中坐标系建立与对刀
3.1数控车床的坐标系
工件坐标系是以工件（或图纸）上的某一个点为坐标原点，建立起来的X-Z直角坐标系统。
数控车床的编程是按照工件坐标系来编制指令值，因此也叫编程坐标系。
下面以广州数控设备厂生产的GSK980T车床数控系统为例，介绍数控车削加工中工件坐标系的建立及几则应用。
3.2工件坐标系的设定
工件坐标系可以用下列指令设定：
G50X（α）Z（β）
中α、β----------刀尖距工件坐标系原点的距离。
用G50X（α）Z（β）指令所建立的坐标系，是一个以工件原点为坐标系原点，确定刀具（一般指刀尖）当前位置的一个工件坐标系。
工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的所取代。
为提高加工效率和保证加工精度，工件坐标系原点根据需要选在工件上任何一点都可以。
该指令在执行时不产生运动，这是许多初学者较难掌握的地方。
3.3应用实例
对刀是数控车削加工中极其重要并十分棘手的一项基础工作，试切对刀法因其较高的准确性和可靠性而得到广泛应用。
试切对刀过程中，巧妙建立工件坐标系能收到事半功倍的效果。
现运用G50试切对刀的方法综述如下：
a、装夹好用于对刀的铝材工件和刀具；
b、主轴正转，手轮方式，基准刀沿表面A切削，将工件右端面车一刀；
c、Z轴不动，沿X轴释放刀具，停主轴；
d、取工件左端面中心为工件原点，测量A表面与工件原点之间的距离β，程序录入方式下，输入G50Z“β”，把当前Z向绝对坐标设为β，按刀补键，在相应的刀具参数偏置号处输入Z“β”；
e、手轮方式沿表面B切削；
f、X轴不动，沿Z轴释放刀具，停主轴；
g、测量距离α，程序录入方式下，输入G50X“α”，把当前X向绝对坐标设为α，按刀补键，在相应刀具参数偏置号处输入X“α”；
上述操作实际上是将用于试切的刀具作为标准刀，根据标准刀具建立坐标系，使其刀补为零刀架上的其他刀具则要通过和标准刀作比较，比较他们X和Z方向的长度之差，系统会自动计算出其差值作为其他刀具的刀补值。
程序原点为开始加工时刀尖的起始点及加工过程中的换切点，该点由编程确定。
工件坐标系设定后，CRT屏幕上显示的是车刀刀尖相对于工件原点的坐标值，那么如何使刀尖在自动加工前处于程序原点“待命”呢？
例如要加工某工件，工件原点设在工件右端面中心，编程时程序原点指定为G50X100Z50，加工中确定程序原点的过程如下：
a、对刀后，装夹好工件毛坯；
b、主轴正转，手轮方式，基准刀平工件右端面A；
c、Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50X0Z0，电脑记忆该点；
d、程序录入方式，输入G01W-8F50，将工件车削出一台阶；
e、手轮方式。
将刀具移至安全位置，停主轴，测量车削出的台阶直径α；
f、主轴正转，手轮方式下将刀尖返回C点；
g、程序录入方式，输入G50X“α”Z0，电脑将C点坐标根据工件原点正确设置并记忆，输入G00X100Z50，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50X100Z50，电脑记忆程序原点。
在上述确定程序原点的过程中，步骤C巧妙利用G50设定中间桥梁C点坐标。
因为G50执行时不产生运动，以内次该点坐标的具体数值并不重要，目的是让电脑记忆该点，方便测量台阶直径后正确返回。
3.4中途断电后重新建立坐标系
数控车削加工中难免遇到突然停电的情况，当机床在断电状态时系统会失去对工件坐标值的记忆。
解决方法如下：
a、接通电源，测量工件某处直径α；
b、启动主轴，用基准刀刀尖轻轻接触该处表面，输入G50X“α”；
c、退出刀具，停主轴，测量工件某处台阶至工件原点的距离Z“β”；
d、启动主轴，用基准刀刀尖轻轻接触该处台阶，输入G50Z“β”，再用G00指令运行至编程时指定的程序原点，用G50重新设置该坐标；
e、编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工。
中途停电后，巧妙建立坐标系重新找回程序原点，既保证了加工精度，又不致重复全部加工操作过程，取得了很好的应用效果。
数控车削加工中，有时会因各种原因不能保证工件尺寸精度。
如装夹、找正、测量不当、操作者粗心找错程序原点、刀具磨损等都有可能产生废品，其中操作者粗心找错程序原点是可以通过重新建立工件坐标系解决的。
例如加工某工件，停车检查时，我们发现工件尺寸精度颇有规律，所有外圆尺寸均比名义尺寸大60μm，发生这种情况的原因很可能是找程序原点是不慎找得不正确，偏离实际程序原点60μm。
为了不致报废工件，办法是：
暂停、复位、程序回零，在程序录入方式下，输入U—0.06，再将G50坐标设置为编程指定的程序原点坐标，重新运行加工，简捷地挽救了一个濒临报废的工件。
结论
数控加工中，我们通过对刀来确定工件加工原点位置，以及不同刀具的偏置量。
由于加工原点决定了刀具运动轨迹，直接影响加工精度，确定刀具的偏量可以利用数控系统内刀具轨迹自动编程补偿计算功能，简化了数控加工程序的编制，使得编程时不必考虑各把刀具的尺寸与其安装位置，最终加工出合格的零件。
所以，进行对刀工作时必须非常小心，不能出错。
如果偏差太大，甚至有可能发生撞机的危险。
参考文献
[1]叶伯生．计算机数控系统原理、编程与操作[M]．武汉：
华中理工
大学出版社，1998．
[2]李军．数控机床参考点的设定[J]．制造技术与机床，200O，（7）：
20．
[3]许兆丰．数控车床的编程与操作[M]．北京：
中国劳动出版社，
1998．
[4]董献坤．数控机床结构与编程[M]．北京：
机械工业出版社，1997．
作者简介：
陈银清（1966一），广东茂名人，机械工程师，在读工
程硕士生，现主要从事机电一化实验教学和相关的科研工作．
致谢
非常感谢靳瑞生老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿他给了我耐心的指导和无私的帮助。
为了指导我们的毕业论文，他放弃了自己的休息时间，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。
同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。
正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下。
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