数控加工中工件原点找正方法的探讨.docx

数控加工中工件原点找正方法的探讨田建平，石艳（四川理工学院 机电工程系，四川 自贡 643000）摘要：通过对工件原点的剖析，提出了一种在数控机床或加工中心上，通过人工快速、准确地找到工件原点的方法。该方法在实际工作中有一定的推广应用价值。关键词：机床坐标系；工件坐标系；工件原点；找正中图分类号：tp391.73；tp311.11文献标识码：a文章编号：10060316（2006）08004103discussion about centering method of part origin at cnc machiningtian jian-ping，shi yan（electromechanical engineer dept.，sichuan university of science & engineering，zigong 643000，china）abstract：through analysis of part origin, lodge a method pass artificially quick accurate search out part origin at cncmachine tool. the have surely extend apply value at practical work.key words：machine tool system of coordinates；part system of coordinates；part origin；centering工件在机床上的安装方式一般有找正法，即工件直接在机床工作台上安装，或利用夹具将工件安 装在工作台上。对于批量生产产品，多采用专用或 组合夹具，只需一次找正即可加工一批工件，故找 正工件原点的繁简对加工效率的影响并不十分明 显。然而，对于单件生产，特别是模具生产时，在 数控机床上找正工件原点，其误差大小、快慢程度 则将严重影响产品质量和生产效率。因此分析寻找 简便、快捷的找正方法对在实际工作中有一定的价 值。离来决定机床原点的位置。如立式数控机床的机床原点为 x、y 轴返回原点后，在主轴中心线与工作台 面的交点处，可由主轴中心线与工作台的两个侧面 的给定距离来测定。工件坐标系是编程人员在编制零件加工程序时 根据零件图纸所确定的坐标系。由编程人员以工件 图样上的某一固定点为原点（也称工件原点）所建 立的坐标系，该点应便于操作人员在机床上找到。 例如，在 xy 平面上，对于矩形类零件，应以矩形 某一角或矩形中心作为工件原点，对于圆类零件， 应以圆心作为工件原点。编程尺寸都是按工件坐标 系中的坐标值确定的。当用绝对尺寸编程时，必须先建立刀具相对于 工件起始位置的坐标系。即确定零件的绝对坐标原 点（又称程序原点或编程原点）设定在距刀具现在 位置多远的地方。也就是以程序原点为准，确定刀具起始点的坐标系，并把这个设定值记忆在数控装 置的存储器内，可以只设定一次或多次设定，坐标 系设定指令代码一般为：g92 或 g54g59。其中 g92 为续效指令，只有在重新设定时，先前的设定才无 效。如图 1 所示：p 点为刀具起点。刀具由 p 点快1 编程中坐标原点的设定机床坐标系、工件坐标系是数控加工中重要的概念。机床坐标系是机床上固有的坐标系，并有其 固有的坐标原点，即机床原点（又称机械原点）。它 是由厂家设定的，该点在机床制造厂出厂时已调好， 并记录在机床使用说明书中供用户编程应用，它一 般是机床上的有些固定不变的基准线、基准面，如 主轴的中心线、工作台表面等。当机床的坐标轴手动返回各自原点（或称零点） 后，用各坐标轴部件上的基准线和基准面之间的距 收稿日期：20060227作者简介：田建平（1965），汉，四川理工学院 ，副教授，主要从事 cad/cam/cae 方面的研究。42金属加工机械 2006 年第 8 期 总第 33 卷速至 a 沿 ab、bo、oa 切削，再快速返回 p 点，采用绝对尺寸编程其程序如下：床坐标系中的位置的方法。利用这一方法分别对各类形状零件分析如下：n001g92（或 g54） x28 y20 lf2.1 对于矩形类零件n005g90 g00 x16 s _t_ m_ lfn010n015g01 x-8 y8 f_ lfx0 y0 lf如图 2 所示，通过转动手轮、使工作台沿 x 轴和 y 轴方向移动，以便基准工具（刀具或标准棒） 分别接触零件的 x 方向上两对边的点 a、b，使基准工具与工件边缘达到“准确接触”（用塞尺检验标准棒与零件上点的接触情况），分别记下当时机床坐标 的 x 值 xa、xb。这样就可以得到零件中心的 x 方向的 坐标值 x0=（xa+xb）/2。同理，再通过手轮使工作台 沿 y 轴和 x 轴方向移动使基准工具（刀具或标准棒） 分别接触零件的 y 方向上两对边的点 c、d 点得到零 件中心的 y 方向的坐标值 y0=（yc+ yd）/2。而基准工 具（刀具或标准棒）的半径、塞尺的尺寸不用参与 计算，余量自动均分。这样可以很方便的得到零件 中心在机床坐标系中的坐标（x0，y0）。n020n025x16 y20 lfg00 x28 m02 lfyapbxo81612图 1 刀具运动轨迹那么如何找到工件原点即编程原点呢？一般机床操作人员在安装工件时，除用专用夹具外，工件 是随机地放在工作台表面的适当位置，用千分表校 正工件基准的平行度或垂直度等进行安装，并通过 量具测量某些基准面、线之间的距离，从而确定工 件原点与机床原点之间的距离位置关系。例如对于 矩形类零件，操作人员大多将刀具或标准棒夹持在 刀具夹头（刀柄）上，通过操纵手轮（handwheel） 移动工作台面，使刀具或标准棒分别与工件在 x 或y 方向上的两个相互垂直侧面边接触，并分别记下 x 和 y 的坐标值，再减去或加上刀具或标准棒的直径， 如果用了塞尺还应将它的厚度参与计算，得到工件 某一顶角的坐标，再考虑余量均匀，确定刀具中心 应在机床坐标系中的位置。采用这种方法，计算较 为麻烦，很容易出错。且这种方法在实际操作中不 太方便，甚至有时无法实现。刀具或检验棒d工件y0a0 xbc图 2 矩形类零件2.2 对不规则形状的零件如图 3 所示，可以确定出一个最大外接矩形。转动手轮，移动工作台使其沿 x 轴和 y 轴方向移动， 并采用逐步逼近法找出工件各方向（x-、x+、y-、y+）上的最远点 a、b、c、d，分别记下 xa、xb 和 yc、yd。 同样地，x0=（xa+xb）/2，y0=（yc+yd）。这样就可以得到该零件最大外接矩形的在机床坐标系中的中心坐标（x0，y0）。对不规则形状的零件，如三角形零 件，得到的坐标（x0，y0），有可能是在工件的外面， 但这不影响程序的编制和加工。2 工件原点找正的方法刀具或检验棒工件找正和建立工件坐标系对于数控加工来说是非常关键，而找正方法也有很多种。事实上，机 床原点在工作台表面上是看不见摸不着的，仅可在 机床控制器上显示其数据。移动工作台面时，机床 主轴旋转中心在工作台 xy 平面的投影坐标也可以 显示出来。利用这一点，介绍一种操作人员可以快 速、准确地在机床上找到各类零件的工件原点在机d最大外接矩形工件y0ax0bc图 3 不规则形状类零件2.3 对于圆柱类零件812金属加工43机械 2006 年第 8 期 总第 33 卷目前有的加工中心机床带有表面感应探头 （probe），这时检测就十分方便；然而，更多的数 控机床或加工中心并不带有表面感应探头，操作人 员有将千分表（或百分表）靠磁力表座吸附在主轴上，通过测表的方法来确定零件的中心坐标，也有采用逼近法找直径上的 x、y 方向的点，但操作起来 较困难，且误差较大。这里介绍利用圆形测量工具找正工件中心的方法，即在工件的同一侧面找两个坐标值，然后利用求平均值的方法得到工件原点坐 标，其原理如图 4 所示。操作步骤如下：（1）测定 x 坐标。通过移动机床，使基准工具（刀具或标准棒）移动到工件的 x 负方向一侧，使 基准工具与工件边缘达到“准确接触”（用塞尺检验标准棒与零件的接触情况）。记录当时机床坐标的 x值（xa）。然后向上移动基准工具到高于工件的上空， 保持 y 方向不动，向 x 正方向移动，超越工件后， 再把基准工具向下移动，在工件的 x 正方向一侧进 行测定，同样移动基准工具达到与工件边缘“准确 接触”停止。记录此时的机床坐标的 x 值（xb）。（2）测定 y 坐标。先使基准工具移动到工件的y 负方向一侧，移动基准工具到与工件边缘“准确 接触”。记录当时机床坐标的 y 值（yc）。然后向上移 动基准工具到高于工件的上空，保持 x 方向不动， 向 y 正方向移动，到超越工件的位置，再把基准工具向下移动，在工件的 y 正方向一侧进行测定。同 样移动基准工具达到与工件边缘“准确接触”停止。 记录此时的机床坐标的 y 值（yd）。（3）计算圆柱形工件中心在机床坐标系中的坐 标：x0=（xa+ xb）/2y0=（yc+ yd）/2即得圆在机床坐标系中的中心坐标（x0，y0）。 如果是圆台类零件，可采用类似方法进行操作。以上只是确定工件原点在机床坐标系中 xy 平 面内的工件中心坐标，对于工件坐标系中 z 方向的 坐标可通过对刀器（如对刀量块、电子式对刀器等） 测量工件的最高表面得到。通过以上工作得到的工件原点是在机床坐标系 中的坐标（x0，y0、z0），如（400，230，270）。再 通过 g92 的位置设置功能，就可以将机床坐标系与 工件坐标系统一起来。g00 x400 y230 z270 lfg92 x0 y0 z0 lfda1 a0旋转工作台工艺平面15圆柱类工件工件ozab0 y刀具或标准棒c图 4 圆柱类零件图 5 四轴联动加工2.4 在四轴联动加工中心机床上加工零件如图 5 所示，不仅要确定工件原点在机床坐标系中 x，y，z 方向的坐标值，还应该找正工件原点 在旋转轴 a 中的位置。这就需要工件有一个工艺平面，在工件夹装好后将千分表吸附在 z 轴固定面上，转动手轮（handwheel）让千分表表头沿着工艺表面 与旋转轴线垂直的方向（x 或 y 方向）。例如，y 方向移动来校正水平，这时手轮需在 y、z 方向和旋转轴 a 上交替使用，当工艺表面校正水平后（a1 旋转 到 a0），记下显示屏上 a 的坐标值，该值即为机床 轴零点 a0 与工件 a 轴原点 a1 夹角的度数（如 15）。机床坐标系中工件原点的坐标（x0、y0、z0、a0）， 如（500，230，300，15）。通过 g92 的位置设置功能，将机床坐标系与工件坐标系统一起来。g00 x500 y230 z300 a15 lf g92 x0 y0 z0 a0 lf3 结束语本文通过对工件原点的剖析，提出了一种在数控机床或加工中心上，通过人工快速、准确地找到 工件原点的方法。实践证明，以上方法在实