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中 原 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計譯文
題 目：管材折彎機結(jié)構(gòu)設(shè)計
系 別：機電學(xué)院
專 業(yè)：
班 級：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
工具和工件安裝
關(guān)鍵詞：軸 機器生產(chǎn)地 笛卡爾坐標系統(tǒng) 注冊偏移量 補償 原點 坐標 局部零點 直徑偏移 參考位置 設(shè)備偏移 工作偏移
高度偏移 車間
學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)這篇文章后，你應(yīng)該能夠做到以下幾點。
1. 能夠在三維空間坐標系統(tǒng)中查找到各個點。
2. 了解絕對坐標和相對坐標之間的區(qū)別。
3. 對注冊偏移有一個概念上的理解。
4. 闡述如何調(diào)整注冊偏移值來保證工件尺度。
5. 區(qū)分兩種設(shè)置Z偏移和長度偏移的方法以及辨認每種方法的特點。
6. 理解車間的多種安裝。
7. 鑒別機器生產(chǎn)中事先調(diào)整機床的的目的和重要性。
4.1笛卡爾坐標系統(tǒng)
為了每個點在二維或三維坐標系統(tǒng)中的位置，我們必須先建立一個坐標系統(tǒng)來定義方向和相對位置。這個坐標系統(tǒng)常常被稱作為笛卡爾坐標系統(tǒng)。
和機械相關(guān)的最簡單的坐標系統(tǒng)是二維的，并且形成類似直面的平面。我們也可以把研磨機器底座當成二維來考慮。底座可以在兩個方向移動，從左至右，從里向外，兩個方向相互垂直，兩個方向分別被稱作為一個軸。這兩個軸形成X方向和Y方向。
如圖4-1中所示兩個坐標軸的交點稱作原點。原點劃分正負方向。原點的另外一個作用就是自然參考點。通過給出點在各個方向上到原點的距離，我們可以在空間中描繪出任意點。當然，這個距離可以是負方向的也可以是正方向的。
圖4-1 二維坐標平面
圖4-2二維坐標系統(tǒng)中的點
例如4-2圖中所描繪的點。通過觀察各點沿X軸和Y軸到原點的距離，我們可以定義每個點。這些距離被稱為絕對坐標，常常按字母順序?qū)戇M圓括號里。例如，在右上方有一個坐標分別為1.25和1.0。我們可以發(fā)現(xiàn)這個點在原點右方1.25處且上方1.0處。
我們以前提到過，點在原點的負方向也是可能的。又如在圖4-2中，在左下方有一點坐標分別為-0.75和-0.75.負值也就是表示點在原點的左邊和原點的下方。負坐標并不比正坐標難于計算，但是我們必須記住勤于加負號，否則我們在計算中就會出錯。
當點沿一條或者多條坐標軸移動時，坐標開始變化。例如，當點移動到原點的時候，它沿各個方向到原點的距離就是0，也就有坐標（0，0）?；蛘呷琰c移動到X軸上，一個坐標為（0.75，0）位于原點右邊的點，沿Y軸方向到原點的距離就是0英尺。
在數(shù)控機床工作中，三維坐標（如圖4-3）比二維坐標更實用。在三維坐標系統(tǒng)中有一個豎直的軸，我們稱為Z軸。前面的例子我們用二維的坐標系統(tǒng)。我們不得不用二維來準確的描述點的位置。對于數(shù)控編程來說，二維是一個尋找孔位置和機床中心的簡便方法。然而在現(xiàn)實零件生產(chǎn)中我們需要三維。圖4-4所示的軸名稱就是最常用的機床工具。
在三維坐標系統(tǒng)中描述點的方式和二維中相似。坐標是按照字母順序（X,Y,Z）寫在圓括號中給出的。
圖4-3三維坐標系統(tǒng)中的Z軸
圖4-4機床的三個主軸
工件上的坐標系統(tǒng)
為了在數(shù)控機床上加工工件，我們需要建立一個和工件相關(guān)的坐標系統(tǒng)。幸運的是數(shù)控機床的本來特點允許我們把坐標系統(tǒng)放在我們認為方便的位置上，通過按控制系統(tǒng)上的按鍵我們可以實現(xiàn)。其中一種常見的方式就是把坐標原點放在空間的角上，這樣加工好的工件上表面就形成X-Y平面，在Z軸上的坐標為0（如圖4-5所示）。這樣當?shù)毒咴诠ぜ路綍r，程序員就能很快作出決定，而且操作手也更容易啟動刀具。接下來我們將會在這章中討論設(shè)定坐標系統(tǒng)的特效辦法。
圖4-5數(shù)控機床上的坐標系統(tǒng)
在數(shù)控編程中坐標的作用
在數(shù)控編程中坐標的作用就是簡單的確立刀具相對于工件的位置，這樣合適的維數(shù)就會產(chǎn)生。在工件加工之前，數(shù)控編程就必須計劃好單個孔的位置和加工路線。因此在進行任何編程和加工之前，我們必須確立坐標系統(tǒng)。而且，我們要描述出工件的一系列幾何特征，這樣就可以形成工件的輪廓。如果我們看看典型的工件，就如圖4-6中所示，我們可以發(fā)現(xiàn)它是由弧和線組成，其中一些線形成輪廓，以展現(xiàn)外形，與此同時另外一些結(jié)構(gòu)或者甚至形成孔。
為了在數(shù)控加工中心上加工工件，我們必須首先找到顯示幾何變化的每個點，這種幾何變化包括方向的改變和外形的形式從一種變?yōu)榱硗庖环N。例如兩條線的交點在幾何上是一個改變。一個水平的線可以和一個垂直的線相交；方向就可能發(fā)生變化。為了加工出這種輪廓我們即要編程來改變加工刀具在這一點的方向。幾何形狀可以從一種形式變?yōu)榱硗庖环N形式。例如一個直線可以與一個弧線相切。在編出加工這種輪廓的的合適指令之前，我們需要知道這個點。
在收到計劃書后，數(shù)控機床編程員第一件要做的事情就是標出需要的關(guān)鍵點位置以畫出加工路線和部分工作程序。這樣就會使編程容易多了，因為所有的的結(jié)束點和中心點已經(jīng)標出來了。
圖4-6工件的數(shù)控加工軌跡
4.2絕對坐標和相對坐標
到目前為止我們常用的坐標都是根據(jù)絕對坐標確立的。與所有坐標給定的坐標相關(guān)的點就是原點。觀察坐標的另外一種方法就是相對坐標。相對坐標并不是根據(jù)一個固定的參考點來確定的，而是通過前面的點所確定的。
我們從前面一點開始參考相對坐標，就如同前面的點已經(jīng)變成了一個新的原點。隨著每個新坐標的變化，參考點也在發(fā)生本質(zhì)上的變化。再老數(shù)控機床上曾經(jīng)需要相對坐標，而在現(xiàn)代化的數(shù)控機床上可以用絕對坐標也可以用相對坐標。也有一些情況下為了便利我們采用相對坐標，不過這種情況比較少見。
例如圖4-7中所示的點。想象一下我們需要在點2到點5中間鉆一系列孔并且刀具位置當前在點1所在的位置。不巧的是我們要用的機床刀具只能用相對坐標。我們可以建立一個桌面，把我們知道的點描繪下來，然后計算相對坐標。在表格4-1中我們已經(jīng)算出。
表格4-1絕對坐標和相對坐標
表4-1絕對坐標和相對坐標
圖4-7相對坐標是參考前一點而不是原點
在我們開始之前最重要的一點就是當我們使用相對位置時我們要能夠在完成后返回到起始位置。如果我們做不到這一點，那么將會導(dǎo)致下一件工件的加工不精確。
我們可以發(fā)現(xiàn)相對坐標就是絕對坐標減去前面一點的坐標。例如刀具在點2和點3間移動。點2和點3在X軸方向的絕對坐標分別是0.500和1.25。我們可以通過減法“1.25-0.500=0.750”計算出點3的相對坐標值。
因此，點3在X軸方向的相對坐標就是0.750。用同樣的方式我們也可以算出Y軸方向的相對坐標。這次兩個絕對坐標值都是0.500，就產(chǎn)生了相對坐標值0（0.500-0.500）。應(yīng)為計算多，相對坐標往往容易錯。有一個簡單的方法我們可以校驗相對坐標有沒有錯誤，我們可以把所有的X軸坐標和Y軸坐標加起來。加起來的數(shù)值應(yīng)該是0，否則就是相對坐標錯誤了。在表格4-1最下邊一行中坐標值已經(jīng)加起來了，證明我們的坐標是正確的。
4.3極坐標和旋轉(zhuǎn)軸
在編寫數(shù)控機床程序中極坐標比較少見，但是在編程的計算中和制造業(yè)中所遇到的技術(shù)問題中會突然遇到。通過確定到原點的半徑和旋轉(zhuǎn)的角度我們就能給出極坐標值。參考旋轉(zhuǎn)坐標的慣例就是把3點位置設(shè)置為0度，如圖4-8中所示。我們把逆時針方向確定為正方向，順時針方向為負方向。一個圓分為四個象限，每個象限是90°弧，邊界是水平軸和垂直軸。
圖4-8極坐標的運用
數(shù)控機床也可能有極坐標或者旋轉(zhuǎn)坐標。最常見的極坐標軸就是旋轉(zhuǎn)軸。然而，很多機床有一個或者兩個附加軸。這些軸可用來旋轉(zhuǎn)軋齒邊前端或者用來在旋轉(zhuǎn)面和和標定指數(shù)前端上旋轉(zhuǎn)工件。
旋轉(zhuǎn)軸被指定為圍繞直線軸旋轉(zhuǎn)，它們是按照字母表順序配對地，如A，B和C分別圍繞X，Y和Z軸旋轉(zhuǎn)（如圖4-9所示）。通過應(yīng)用右手法則我們可以確定旋轉(zhuǎn)軸。當你的拇指指向正方向時，你的手指彎曲指向有角的正方向。Z軸和桿排在一起，顯示C軸是大多數(shù)機床的一部分。只有在機床建立四維或者五維時和用到旋轉(zhuǎn)面時，A軸和B軸才有意義。
圖4-9三維坐標系統(tǒng)中的右手法則
此文獻摘自《CNC編程原理與應(yīng)用》，作者（美）邁克·馬特森（Mike Mattason），由機械工業(yè)出版社出版。