小議工件坐標系與編程坐標系

摘 要：文章通過介紹編程與操作實例，闡述編程時坐標原點的設立與對刀時的工件坐標原點設立之間的矛盾統一關系，要求編程員在編程時要注意：編程原點的設立要與工件坐標系設定方法相適應，對刀時刀具補償量的設置也應與工件坐標系的設定方法相呼應，務必保證程序運行時編程原點與工件坐標原點相一致。

關鍵詞：對刀 工件坐標系 工件原點 刀補

前言

數控車削加工中，工件坐標系的原點位置是由操作者自己設定的，它在工件裝夾完畢后，通過對刀確定，它反映的是工件與機床零點之間的距離位置關系。工件坐標系一旦固定，一般不作改變。編程坐標系的程序原點是編程人員在數控編程過程中定義在工件上的幾何基準點，有時也稱工件原點。工件坐標系與編程坐標系兩者必須統

一，即在加工時，工件坐標系和編程坐標系是一致的。數控程序一般按工件坐標系編程，對刀的過程就是建立工

件坐標系與機床坐標系之間關系的過程。

一、編程及及操作實例

例：毛坯尺寸Φ32mm棒料，材料45#鋼，試車削如圖所示圓錐小軸。

刀具：T01——93°粗、精車外圓刀

T02——切斷刀（刀寬3mm）

1.編程

工件原點設定：為了方便測量工件的長度和直徑，工件原點設定于工件的右端中心位置。

00010

G50X100Z100（設定參考點在坐標系中的位置）

M03S600T0101（設定主軸轉向與轉速，設定刀具及刀補）

G99

G00X35Z2

G94X0Z0.2F0.2（端面加工）

Z0F0.1

G90X28.4Z-35F0.3（圓柱面加工）

X32Z-30R3.2F0.3（圓錐面加工）

X28.4

G00X21.6Z2

G01X28Z-30F0.1

Z-53

X35

G00X100Z100（返回參考點）

T0100

S335T0202（換切斷刀）

G00X35Z-53

G01X0F0.1

G00X35

G00X100Z100

T0200

T0100

M30

2.加工操作

（1）對刀設定工件坐標系：通過試切對刀，確定工件坐標系原點在機床坐標系中的坐標值，在刀具補償參數設定界面中，輸入適當參數，用刀具補償量確立工件坐標系。

外圓車刀的對刀：①主軸正轉，以手輪操作方式車削工件端面，沿X軸方向退刀（Z軸位置保持不變），在刀具形狀補償狀態下輸入MZ0，設定Z軸補償量；②以手輪操作車削工件外徑，沿Z軸方向退刀（X軸位置保持不變），停主軸，測量外徑X1，在刀具補償狀態下輸入MXX1，設定X軸補償量。

切斷刀：①主軸正轉，以手輪操作方式使刀具接觸工件端面，在刀具形狀補償狀態下輸入MZ0，設定Z軸補償量；②以手輪操作方式車削工件外徑，停主軸，測量外徑X2，在刀具補償狀態下輸入MXX2，設定X軸補償量。

（2）將開關打至AUTO狀態，開始運行程序進行切削加工。

二、故障分析

以上編程與操作采用的是FANUC系統，單獨看來，編程和操作都沒有問題。但是，如果所編程序，采用上述的對刀方法，問題就出現了。

要了解綜合使用上述程序與操作到底出現什么問題，首先應了解FANUC系統確定工件坐標系的方法。FANUC系統確定工件坐標系的常用方法有如下幾種：

第一種是：用刀具補償量確立工件坐標系，即通過對刀將刀偏值寫入參數從而獲得工件坐標系（上述例子中，數控車床加工操作所用的工件坐標系的確立方法就是這種方法）。采用這種方法對刀，在程序中，只要執行刀具補償指令，則工件坐標系建立完成。例如執行程序指令Ｔ0101，則０１號外圓粗車刀的工件坐標系立即建立。具體操作如上所述。這種方法操作簡單，可靠性好，它通過刀偏與機床坐標系緊密的聯系在一起，只要不斷電、不改變刀偏值，工件坐標系就會存在且不會變，即使斷電，重啟后回參考點，工件坐標系還在原來的位置。這種方法在對刀中應用最為普遍。

第二種是：用G50設定坐標系，對刀后將刀具移動到G50設定的位置才能加工。對刀時先對基準刀，其他刀的刀偏都是相對于基準刀的。

（1）用基準刀（外圓刀）試切工件設定基準：按開始鍵，令主軸正轉，移動基準刀切外圓，沿Z方向退刀，停止主軸旋轉，將相對坐標中“U”清零，測量外圓直徑Xa。令主軸正轉，移動基準刀到工件端面余量處一點（假定為α點），選擇“MDI”（手動指令輸入）模式，輸入GO1 U—XaF0.1，切端面到中心（程序原點）。將相對坐標中“W”清零。選擇“MDI”模式，輸入G50 X0 ZO，按“啟動”按鈕。把刀尖當前位置設為工件坐標系中的坐標（0，0）。

（2）非基準刀（切斷刀）對刀：移動非基準刀輕觸端面，此時相對坐標的顯示讀數為W1，在刀具形狀補償的狀態下輸入ZW1。移動非基準刀輕觸基準刀加工的圓柱面，此時相對坐標的顯示讀數為U1，在刀具形狀補償的狀態下輸入XU1。

（3）選擇“MDI”模式，輸入G00 X100 Z100，將刀具移動到G50設定的位置（100，100）使刀尖移動到起刀點。該點為刀具離開工件、便于換刀的任意位置。刀具移動到該點后便可執行程序了。

采用這種方法要注意的是：運行程序前要先將基準刀移到設定的參考點位置。在用G50設置基準刀刀具的起點時，一般要將該刀的刀偏值設為零。程序開頭要用G50 X100 Z100 ……而且是起點和終點必須一致，即X100 Z100，這樣才能保證重復加工不亂刀。

此方式的缺點是起刀點位置要在加工程序中設置，且操作較為復雜，但它提供了用手工精確調整起刀點的操作方式。

第三種方法是運用G54~G59可以設定六個坐標系，這種坐標系是相對于參考點不變的，與刀具無關。這種方法適用于批量生產且工件在卡盤上有固定裝夾位置的加工。

此種方法通過對刀來建立工件坐標系與機床坐標系的關系。獲得工件坐標原點在機床坐標系中的坐標值的方法，與方法1的對刀方法相似。所不同的是，這種方法是將對基準刀得到的工件在機床上的坐標值輸入到G54~G59中去，確定機床開始自動加工時的位置，且基準刀刀具補償參數默認為0。

具體操作如下：

1．按開始鍵，令主軸正轉，移動基準刀切外圓，沿Z方向退刀，停止主軸旋轉，將相對坐標中“U”清零，測量外圓直徑Xa。令主軸正轉，移動基準刀到工件端面余量處一點（假定為α點），選擇“MDI”（手動指令輸入）模式，輸人GO1 U一XaF0.1，切端面到中心（程序原點）。

2.把當前的X和Z軸坐標直接輸入到G54~G59中的其中之一里，程序直接調用如:G54X50Z50……

3.非基準刀的刀偏值設置如方法二的第（2）。

從三種工件坐標系設立的方法，我們可以看出，例子所使用的編程與操作方法在運行時所以出現事故，是因為重復建立工件坐標系。從所編程序可看出，編程者的設想是：在Ｇ50Ｘ100Z100這句定義參考點在工件坐標系中的位置，從而建立工件坐標系；在M03S600T0101建立刀補。但是操作者卻用刀具補償量來確立工件坐標系，操作中只要執行指令Ｔ0101，則０１號外圓粗車刀的工件坐標系即建立完成。所以在執行時，就出現了坐標系重復定義的情況了。因而出現刀具不能到達預期加工位置的故障。

從該例子可看到，操作時工件坐標系的確立方法，影響到能否正常執行程序。該實例中，若希望在操作中能正常運行程序，則可作如下改動：①按操作者的方法對刀并設立工件坐標系，可把程序中的程序段G50X100Z100改為Ｇ28，即可安全執行程序了。②按編程者的方法確立編程坐標，即工件坐標系的確立及刀補的設定就要用到方法二了。③為減少加工中的操作時間，提高生產效率，實現批量生產的話，那么最好就采用第三種方法了。只要在加工過程中，保證工件坐標系與編程坐標系一致，就能夠使刀具按編程者的既定軌跡進行運行。

結束語

在編程時，要根據生產批量要求，考慮好工件坐標系的確定方法，務必保證工件坐標系與編程坐標系兩者的統一，切忌盲目大意，造成事故。

參考文獻：

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［３］周志強，張曉紅.模具數控加工技術.高等教育出版社，2002年4月第1版.

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