工件坐標系的巧妙應用

工件坐標系是編程人員在編程和加工時使用的坐標系，是程序的參考坐標系。工件坐標系的位置以機床坐標系為參考，一般在一個機床中可以同時設定六個工件坐標系，皆以機床原點為參考點，分別以各自與機床原點的偏移量表示。這些坐標系需要提前輸入機床內部，儲存在機床寄存器內，機床重開機時仍然存在，在程序中可以分別選取其中之一使用。因而在數控加工編程中，最基本、最主要的就是合理地建立工件坐標系。

在實際生產加工中，不論零件形狀如何，我們一般通過一次性裝夾完成零件所有工序的加工，往往此類零件我們只習慣性地建立一個工件坐標系，用絕對坐標的方式進行程序編制。這種情況下，具有對稱性的零件比較容易處理，如果是不具有對稱性的零件，就大大增加了節點的計算，使手工編程的工作量大大增加，甚至使用變量編程（宏程序）時反而增加了不必要的麻煩。

一、工件坐標系的特點及意義

進行刀具路徑設計規劃時，選擇建立工件坐標系要便于實際加工、實用性強，根據具體加工情況合理選擇工件坐標系的位置。工件坐標系的建立要簡化編程，加工過程便于檢查、引起的加工誤差小。對加工工位較多的復雜零件建立坐標系時，應采用多坐標系的編程方式。如圖1所示。

多坐標系的建立是采用先加工工件的一部分，然后移動工件坐標系建立另一個新的坐標系加工其他部分的編程方法。這樣大大減少了編程工作量。相同的加工部位只要修改加工坐標系而無須修改加工的程序即可完成加工。同時減少了尺寸的計算錯誤，見圖2。

二、典型零件加工實例分析

如圖3所示，該零件加工要求是：對圖中有不清楚或不合理的尺寸進行處理，可借助計算機繪圖軟件檢查該零件設計得是否合理或輔助計算節點；經繪圖驗證其幾何條件是否具備加工條件；若有不合理之處，亦可合理地更改其設計。

首先，分析零件圖上的尺寸公差要求，以確定控制其尺寸精度的加工工藝，比如刀具的選擇及切削用量的確定。該零件為自由公差，可按相應的公差等級進行尺寸控制。

其次，分析圖中形狀和位置公差要求：在數控銑削加工中，影響零件的形狀和位置度的主要因素是機床機械運動副的精度，還有X、Y坐標軸的平行度和Z坐標軸的垂直度。如工件裝夾的XY向的平行度或Z向的水平度達不到要求，則無法保證垂直度這一位置公差要求。經讀圖，該零件無形位公差要求。該零件為鋁件，零件表面粗糙度全部為Ra3.2。

最后，進行零件形狀特點分析：該零件最大的特點是對稱性不強；多采用宏程序完成加工；加工余量大。

1.編程方法

建議采用手工編程。由于手工編程的靈活性、多變性、參數運用的技巧性，可以綜合規劃刀具路徑。

第一，采用通過一個主程序調用多個子程序的方式。把刀具的路徑多以子程序的方式設計規劃，使圖樣分析工藝處理、數據計算、程序編寫較簡單。使程序的輸入、程序校驗等各步驟工作量減少。

第二，它適用于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件的加工，以及計算較簡單、具有對稱性且程序段不多、易編程的加工工序。

第三，可以多發揮機床本身的優勢，通過多修改參數方式減少編程工作量。

2.工藝要求

確定加工路線（根據工件坐標系）：利用G54工件坐標系完成面加工、輪廓A四方形輪廓加工、長方形R鍵槽、大輪廓C的加工、輪廓B的加工→利用G55工件坐標系完成橢圓外型及R角加工→利用G57工件坐標系完成橢圓外型及C角加工→利用G56工件坐標系完成凹圓球R面及R角加工→利用G58工件坐標系完成凹橢圓R面外型及C角加工。

3.確定裝夾方法和選擇對刀點

采用平口虎鉗裝夾，XY選在工件的對稱中心。Z設在工件的表面零點，設定工件坐標系G54。

把G54工件坐標系建立在工件的對稱中心，以G54工件坐標系為基準通過零件尺寸的幾何關系進行尺寸換算，可以方便快捷地確定G55、G56、G57、G58等工件坐標系。提前輸入機床內部，在程序中可以選取使用。

4.刀具路徑的程序編制

零件的加工部分程序如下：

O1；／*橢圓輪廓加工

／*選用工件坐標系G55

G43 H1 Z60;／*定義初始平面

G68 X0 Y0 R45／*旋轉工件坐標系

X50 Y50／*定義下刀點

Z5;／*安全下刀高度

G1 Z-5.0 F600；／*定義切削深度

#3=0;／*定義起始角度

N10 4=25*COS[#3];／*定義橢圓長軸半徑

#5=15*SIN[#3];／*定義橢圓長軸半徑

G1 G41 D1 X#4 Y#5 F800；／*刀具半徑補償

#3=#3+2.0;／*賦值運算

IF[#3 GE 360]GOTO10;／*條件判斷語句

G1 G40 X0 Y0;／*取消刀具半徑補償

G00 Z100;／*提刀安全高度

M30；／*主程序結束

注：通過調用該程序選用工作坐標系G55就完成了帶R角橢圓輪廓的加工，要是不設定G55工件坐標系，加工該橢圓輪廓就復雜多了。如果需要繼續加工帶C角橢圓輪廓，只需要更改該程序的工件坐標系為G57即可完成加工，大大減少了編程加工的工作量。而G57工件坐標系的設定簡單方便，只要找對應坐標系G55的幾何關系即可。可見多工件坐標系的設定和使用是如此方便。

O2;／*凹圓球加工

／*選用工件坐標系

G43 H1 Z50.;／*定義初始平面

Z5. G01 Z0 F500;／*安全下刀高度

#1=0;／*球的初始面

#2=-4.;／*定義球的深度

WHILE [#1GE#2] DO1;／*條件循環

#3=SQRT [4*4-#1*#1];

G01 X[#3] Y0 Z[#1] F1000;／*直線進給

G03 I[-#3] J0;／*圓弧加工

#1=#1-0.1;／*條件賦值

END1;／*循環體結束

G00 Z50.;／*安全提刀高度

X0 Y0;／*返回工件零點

M05;／*主軸停止

M30;／*主程序停止

注：加工凹圓球時只要把編程坐標系設為G56，機床即可按照提前設定好的G56工件坐標系完成R圓球的加工。這樣以原點使用宏程序編程降低了編程的工作量，又節約了輔助加工時間。

O3;／*橢圓R面加工

／*選用工件坐標系

G43 H1 Z60.;Z5.0／*定義初始平面

G01 Z0 F600;／*安全下刀平面

#1=0

#6=1.5708;

WHILE[#1GE#6] ／*條件判斷語句

#2=12*COS[#1]

#3=12*SIN[#1]

#7=0

#8=SQRT[6*6-]-#3*#3]

WHILE[#7LE6.2832]GOTO2 ／*條件判斷語句

#4=#2*COS[#7]

#5=#8*SIN[#7]

G01 X[#4] Y[#5] Z[-#3] F1000

#=#7+0.0523

END2; ／*循環體結束

#1=#1-0.1

END1; ／*循環體結束

G00 Z60.0;

M05;

M30;

注：橢圓R面加工時，基本思路與凹圓球加工相同，且G58工件坐標系的設定更加方便，只需相對G54坐標系移動到G58位置，把機床坐標值輸入到G58寄存器即可完成工件坐標系的建立。

（作者單位：中山市技師學院）