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中 原 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)譯文
題 目：管材折彎機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別：機(jī)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(jī)器生產(chǎn)地 笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng) 注冊偏移量 補(bǔ)償 原點(diǎn) 坐標(biāo) 局部零點(diǎn) 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(diǎn)。
1. 能夠在三維空間坐標(biāo)系統(tǒng)中查找到各個(gè)點(diǎn)。
2. 了解絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)之間的區(qū)別。
3. 對注冊偏移有一個(gè)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(rèn)每種方法的特點(diǎn)。
6. 理解車間的多種安裝。
7. 鑒別機(jī)器生產(chǎn)中事先調(diào)整機(jī)床的的目的和重要性。
4.1笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)
為了每個(gè)點(diǎn)在二維或三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，我們必須先建立一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)來定義方向和相對位置。這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)常常被稱作為笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)。
和機(jī)械相關(guān)的最簡單的坐標(biāo)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(jī)器底座當(dāng)成二維來考慮。底座可以在兩個(gè)方向移動(dòng)，從左至右，從里向外，兩個(gè)方向相互垂直，兩個(gè)方向分別被稱作為一個(gè)軸。這兩個(gè)軸形成X方向和Y方向。
如圖4-1中所示兩個(gè)坐標(biāo)軸的交點(diǎn)稱作原點(diǎn)。原點(diǎn)劃分正負(fù)方向。原點(diǎn)的另外一個(gè)作用就是自然參考點(diǎn)。通過給出點(diǎn)在各個(gè)方向上到原點(diǎn)的距離，我們可以在空間中描繪出任意點(diǎn)。當(dāng)然，這個(gè)距離可以是負(fù)方向的也可以是正方向的。
圖4-1 二維坐標(biāo)平面
圖4-2二維坐標(biāo)系統(tǒng)中的點(diǎn)
例如4-2圖中所描繪的點(diǎn)。通過觀察各點(diǎn)沿X軸和Y軸到原點(diǎn)的距離，我們可以定義每個(gè)點(diǎn)。這些距離被稱為絕對坐標(biāo)，常常按字母順序?qū)戇M(jìn)圓括號(hào)里。例如，在右上方有一個(gè)坐標(biāo)分別為1.25和1.0。我們可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)點(diǎn)在原點(diǎn)右方1.25處且上方1.0處。
我們以前提到過，點(diǎn)在原點(diǎn)的負(fù)方向也是可能的。又如在圖4-2中，在左下方有一點(diǎn)坐標(biāo)分別為-0.75和-0.75.負(fù)值也就是表示點(diǎn)在原點(diǎn)的左邊和原點(diǎn)的下方。負(fù)坐標(biāo)并不比正坐標(biāo)難于計(jì)算，但是我們必須記住勤于加負(fù)號(hào)，否則我們在計(jì)算中就會(huì)出錯(cuò)。
當(dāng)點(diǎn)沿一條或者多條坐標(biāo)軸移動(dòng)時(shí)，坐標(biāo)開始變化。例如，當(dāng)點(diǎn)移動(dòng)到原點(diǎn)的時(shí)候，它沿各個(gè)方向到原點(diǎn)的距離就是0，也就有坐標(biāo)（0，0）?；蛘呷琰c(diǎn)移動(dòng)到X軸上，一個(gè)坐標(biāo)為（0.75，0）位于原點(diǎn)右邊的點(diǎn)，沿Y軸方向到原點(diǎn)的距離就是0英尺。
在數(shù)控機(jī)床工作中，三維坐標(biāo)（如圖4-3）比二維坐標(biāo)更實(shí)用。在三維坐標(biāo)系統(tǒng)中有一個(gè)豎直的軸，我們稱為Z軸。前面的例子我們用二維的坐標(biāo)系統(tǒng)。我們不得不用二維來準(zhǔn)確的描述點(diǎn)的位置。對于數(shù)控編程來說，二維是一個(gè)尋找孔位置和機(jī)床中心的簡便方法。然而在現(xiàn)實(shí)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(jī)床工具。
在三維坐標(biāo)系統(tǒng)中描述點(diǎn)的方式和二維中相似。坐標(biāo)是按照字母順序（X,Y,Z）寫在圓括號(hào)中給出的。
圖4-3三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的Z軸
圖4-4機(jī)床的三個(gè)主軸
工件上的坐標(biāo)系統(tǒng)
為了在數(shù)控機(jī)床上加工工件，我們需要建立一個(gè)和工件相關(guān)的坐標(biāo)系統(tǒng)。幸運(yùn)的是數(shù)控機(jī)床的本來特點(diǎn)允許我們把坐標(biāo)系統(tǒng)放在我們認(rèn)為方便的位置上，通過按控制系統(tǒng)上的按鍵我們可以實(shí)現(xiàn)。其中一種常見的方式就是把坐標(biāo)原點(diǎn)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(biāo)為0（如圖4-5所示）。這樣當(dāng)?shù)毒咴诠ぜ路綍r(shí)，程序員就能很快作出決定，而且操作手也更容易啟動(dòng)刀具。接下來我們將會(huì)在這章中討論設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)的特效辦法。
圖4-5數(shù)控機(jī)床上的坐標(biāo)系統(tǒng)
在數(shù)控編程中坐標(biāo)的作用
在數(shù)控編程中坐標(biāo)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(huì)產(chǎn)生。在工件加工之前，數(shù)控編程就必須計(jì)劃好單個(gè)孔的位置和加工路線。因此在進(jìn)行任何編程和加工之前，我們必須確立坐標(biāo)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(shí)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(gè)點(diǎn)，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(diǎn)在幾何上是一個(gè)改變。一個(gè)水平的線可以和一個(gè)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(diǎn)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(gè)直線可以與一個(gè)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(gè)點(diǎn)。
在收到計(jì)劃書后，數(shù)控機(jī)床編程員第一件要做的事情就是標(biāo)出需要的關(guān)鍵點(diǎn)位置以畫出加工路線和部分工作程序。這樣就會(huì)使編程容易多了，因?yàn)樗械牡慕Y(jié)束點(diǎn)和中心點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)出來了。
圖4-6工件的數(shù)控加工軌跡
4.2絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)
到目前為止我們常用的坐標(biāo)都是根據(jù)絕對坐標(biāo)確立的。與所有坐標(biāo)給定的坐標(biāo)相關(guān)的點(diǎn)就是原點(diǎn)。觀察坐標(biāo)的另外一種方法就是相對坐標(biāo)。相對坐標(biāo)并不是根據(jù)一個(gè)固定的參考點(diǎn)來確定的，而是通過前面的點(diǎn)所確定的。
我們從前面一點(diǎn)開始參考相對坐標(biāo)，就如同前面的點(diǎn)已經(jīng)變成了一個(gè)新的原點(diǎn)。隨著每個(gè)新坐標(biāo)的變化，參考點(diǎn)也在發(fā)生本質(zhì)上的變化。再老數(shù)控機(jī)床上曾經(jīng)需要相對坐標(biāo)，而在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床上可以用絕對坐標(biāo)也可以用相對坐標(biāo)。也有一些情況下為了便利我們采用相對坐標(biāo)，不過這種情況比較少見。
例如圖4-7中所示的點(diǎn)。想象一下我們需要在點(diǎn)2到點(diǎn)5中間鉆一系列孔并且刀具位置當(dāng)前在點(diǎn)1所在的位置。不巧的是我們要用的機(jī)床刀具只能用相對坐標(biāo)。我們可以建立一個(gè)桌面，把我們知道的點(diǎn)描繪下來，然后計(jì)算相對坐標(biāo)。在表格4-1中我們已經(jīng)算出。
表格4-1絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)
表4-1絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)
圖4-7相對坐標(biāo)是參考前一點(diǎn)而不是原點(diǎn)
在我們開始之前最重要的一點(diǎn)就是當(dāng)我們使用相對位置時(shí)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(diǎn)，那么將會(huì)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(biāo)就是絕對坐標(biāo)減去前面一點(diǎn)的坐標(biāo)。例如刀具在點(diǎn)2和點(diǎn)3間移動(dòng)。點(diǎn)2和點(diǎn)3在X軸方向的絕對坐標(biāo)分別是0.500和1.25。我們可以通過減法“1.25-0.500=0.750”計(jì)算出點(diǎn)3的相對坐標(biāo)值。
因此，點(diǎn)3在X軸方向的相對坐標(biāo)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(biāo)。這次兩個(gè)絕對坐標(biāo)值都是0.500，就產(chǎn)生了相對坐標(biāo)值0（0.500-0.500）。應(yīng)為計(jì)算多，相對坐標(biāo)往往容易錯(cuò)。有一個(gè)簡單的方法我們可以校驗(yàn)相對坐標(biāo)有沒有錯(cuò)誤，我們可以把所有的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)加起來。加起來的數(shù)值應(yīng)該是0，否則就是相對坐標(biāo)錯(cuò)誤了。在表格4-1最下邊一行中坐標(biāo)值已經(jīng)加起來了，證明我們的坐標(biāo)是正確的。
4.3極坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)軸
在編寫數(shù)控機(jī)床程序中極坐標(biāo)比較少見，但是在編程的計(jì)算中和制造業(yè)中所遇到的技術(shù)問題中會(huì)突然遇到。通過確定到原點(diǎn)的半徑和旋轉(zhuǎn)的角度我們就能給出極坐標(biāo)值。參考旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的慣例就是把3點(diǎn)位置設(shè)置為0度，如圖4-8中所示。我們把逆時(shí)針方向確定為正方向，順時(shí)針方向?yàn)樨?fù)方向。一個(gè)圓分為四個(gè)象限，每個(gè)象限是90°弧，邊界是水平軸和垂直軸。
圖4-8極坐標(biāo)的運(yùn)用
數(shù)控機(jī)床也可能有極坐標(biāo)或者旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。最常見的極坐標(biāo)軸就是旋轉(zhuǎn)軸。然而，很多機(jī)床有一個(gè)或者兩個(gè)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(biāo)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(dāng)你的拇指指向正方向時(shí)，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(jī)床的一部分。只有在機(jī)床建立四維或者五維時(shí)和用到旋轉(zhuǎn)面時(shí)，A軸和B軸才有意義。
圖4-9三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的右手法則
此文獻(xiàn)摘自《CNC編程原理與應(yīng)用》，作者（美）邁克·馬特森（Mike Mattason），由機(jī)械工業(yè)出版社出版。