摘  要：  结合FANUC O-TD系统，对G50建立工件坐标系的方法和原理进行了分析。对使用该方法存在的问题明确了解决方案。并介绍了第二参考点的设置和使用方法。总结了G50功能的特点，比较了G50与其它对刀方法的不同，提供了数控车床建立工件坐标系的多样性思路。

 

关键词：  数控车床；G50；工件坐标；第二参考点；对刀点；程序零点；

 

Key word:  CNC lathe； G50； work； secondary reference point； point of t ool setting； zero of programe；

 

分类号： TH11

 

1、前言

目前，在数控车床中建立工件坐标系的方法有多种，其中，有一种是利用G50指令建立工件坐标系的。对于这一方法，一些教材和文章提出了谨慎使用的建议，主要是认为它在使用习惯和稳定性方面存在一些问题，而对它的安全性产生了一些顾虑。

那么，G50有哪些特点呢？应当如何使用G50，才能充分发挥这一功能的作用呢？下面，以FANUC O-TD系统为例，对这些问题进行分析和讨论。

 

2、G50建立工件坐标系的方法和原理

首先，根据G50建立工件坐标系通常的方法，对它的原理进行分析。

（1）第一步：选定一把基准刀（如：外圆车刀1号刀），手动用1号刀试切工件的外圆，然后沿Z轴正方向离开工件，X向不能移动，停车测量外圆直径φ。

这一步工作与其它几种建立工件坐标系的方法相同，也是通过试切，整圆工件外圆，以便测得准确的工件直径φ。

（2）第二步：手动将1号刀沿Z轴方向移至工件的端面余量处，X向不能移动。在MDI方式下，输入G01 U ( -φ)，按循环启动按钮，切端面到中心。按面板上的 [ POS ] 键，选［相对］选项，把坐标U 、W 置为零。

这一步也是车端面，但需要用指令G01  U (-φ) 车端面到中心。而其它方法中，只需车净端面，直接取刀具在当前位置的Z轴机床坐标值作为刀具几何偏移的Z值或G54建立的工件坐标系的Z向偏置值。在这里，一定要车到端面中心，是想确定该工件的坐标原点。而相对坐标置零，是要建立一个以当前端面中点为零点的相对坐标系统。

（3）第三步： 选择MDI方式，输入G50  X0  Z0，启动循环按钮，把当前点设为工件坐标系零点。

这一步，实际上已经实现了工件坐标系的建立，原点即为当前端面中点。同时，把第二步建立的相对坐标系统和现在建立的工件坐标系统（绝对坐标系统）进行了零点重合。如果是单件单刀加工，从这个位置就可以开始了。但由于实际中，可能会加工多个工件，必须要考虑工件毛坯留有的车削余量。同时也可能需要使用多把刀，并且有刀补，考虑到工件加工过程中换刀的可靠性，和系统需要对刀具的几何或磨损补偿作出反应，因此，不能把加工程序的起点直接定在工件原点，而是需要让刀具离开工件一定距离。

 (4) 第四步：MDI方式下，输入“G00  X100  Z100 ”（具体地址应根据需要设定），启动循环按钮，使刀具离开工件坐标系原点。然后输入“G50  X100  Z100”命令（也可以不输，直接用程序首句定义），这样以工件右端面中心点为原点的工件坐标系设定结束。

这一步， 执行“G00  X100  Z100”命令，就是让刀具离开工件原点，并停在离原点X轴正向100mm和Z轴正向100mm的地方，以便程序中定义坐标系。

MDI下设定好工件坐标系后，工件加工程序中的首句也应当是“G50  X100  Z100”。也就是说，程序首句用G50规定的工件坐标系与MDI方式下规定的坐标系一致。当系统执行程序首句时，刀具虽然不移动，但它已经指明了，将要使用的工件坐标系，它的原点就在离当前位置X轴负向100mm，Z轴负向100mm的地方。 至此为止，工件坐标系建立完成。

通过上面的介绍，我们应当明白，为什么在程序调入执行前，要做工件原点的试切定位和刀具的移动。就是想通过手动定位，使程序首句定义的工件坐标系与实际试切得到的工件坐标系完全相同。同时规定程序尾句必须是“G00 X100 Z100”，因为如果没有这条指令，在程序加工完成后，刀具可能停在其它位置。而下次调用同一个程序时，因为首句还是“G50  X100  Z100”， 系统会按上个工件加工结束后刀具停靠的位置进行偏移计算，这样得到的工件坐标系肯定会与MDI方式下定义的工件坐标系位置不同。工件坐标系变化了，当然加工工件就会发生错误。

比较G50与绝对对刀法和G54的原理，我们会发现它们之间存在着不同：绝对对刀法和G54建立工件坐标系时，直接用偏移值确定了工件坐标系原点与机床参考点的距离。工件坐标系一经建立，它们在机床坐标系中的位置就固定下来了。而G50建立工件坐标系时，是将刀具移到适当的位置，用G50指令中的地址符指定工件坐标系原点与当前位置的距离。也就是说，G50建立的工件坐标系的位置，不但与刀具当前位置有关，也与G50后指向的地址有关。这表明，工件坐标系在机床坐标系中是浮动的。

  但有一点是相同的，就是它们最终以工件的机床坐标为加工依据的。

我们知道，在用绝对对刀法和G54建立工件坐标系时，因为工件坐标系原点的机床坐标已经知道了，我们只需将工件坐标（或者说是程序地址）与工件坐标系原点的机床坐标进行简单地算术运算，就可以得到工件上每一点的机床坐标，而数控系统就是执行这些机床坐标，实现对工件的加工的。那么，在G50这种工件坐标系下，系统是怎样执行的呢？

下面，我们结合一段程序，了解一下这个过程。

首先，按照G50的操作方法进行前三步，然后输入“G00  X100.0  Z80.0”，使刀具离开工件一段距离后停止。这时，刀具停止的点就是程序启动时的零点（程序零点）。下面可以执行程序了：

第一句：G50  X100.0  Z80.0；    

 /*  设置工件原点在工件右端面中点。如果刀架当前点的机床坐标为（X：-112.40， Z：-204.39）， 则工件原点的机床坐标为（X：-112.40-100= -212.40，  Z：-204.39-80= -284.39）。

第二句：G50 S1500；   /* 限制最高主轴转速为1500转。注意：G50还有限速的功能。（这里只是举例，具体内容可依据需要编制）

第三句：G96 S200 M03 F0.3   /* 这里可以换成其它辅助命令

第四句：T0101；             /* 调用1号刀具（注意，因为1号刀是基准刀，刀补值应设为0，而其它刀具的刀补值是与1号刀相比较得出的，可能不为0）

第五句：G0  X30  Z3        /* 这里是1号刀的车削指令。刀具运行到工件坐标为（X30，Z3）的位置，实际上是运行到机床坐标为（X：-212.40 + 30 =  -192.40   Z：-284.39 + 3 = -281.39）的位置。 其它工件坐标（程序地址指令）的机床坐标均可以用工件坐标与工件原点的机床坐标进行算术相加而得到。

……..                      /*  其它加工语句

第六句：T0100；            /*  1号刀用毕，取消刀补

第七句：G00  X100.0  Z80.0；  /* 1号刀“净身”返回程序起点时位置。在这里，该点既是坐标定义点也是换刀点。

第八句：T0202；           /*  调2号刀具，2号刀补

  ……....       /* 这里是2号刀的车削指令和辅助指令。如果2 号刀有刀补，程序指令（工件坐标）转换成机床坐标时应考虑刀补的值。

第九句：T0200；           /*  2号刀用毕，取消刀补

最后一句： G00  X100.0  Z80.0  M30；  /*2号刀“净身”返回程序起点位置，程序结束，并为下一次同一程序的调用作好准备。因为工件坐标系定义点未变，下次启动后，如果依然加工这批工件，且工件夹装位置相对固定，即可直接执行程序。

   

3、解决方法和对策

通过上面的分析，我们应当理解了G50 建立工件坐标系的机理。显然，这一方法中最让人感到麻烦的是确定程序起点时刀具的位置（即工件坐标系定义点）。而这一位置的准确与否，直接关系到工件原点的位置和工件加工的精度。

可以设想一下，如果车床启机后，我们能让刀架直接运行停靠到程序设定的起点位置，则可以简化许多工作，而所谓的诸多问题就迎刃而解了。假设，在进行了G50建立工件坐标系的前三步工作后，我们让刀具回到机床参考点，读取此时刀架的相对坐标，比如为 (X：200 , Z：400)，则程序的第一句应改为：G50  X200  Z400 ，即工件坐标定义点设在机床参考点。这样，我们就可以在系统启机，刀架回参考点后，直接调用程序进行加工了。这里，机床参考点就成为程序起点。但是，机床参考点离工件太远了，如果每次调用程序时都要回到机床参考点，效率实在太低了。所以，我们应当找一个离工件更近一些的的参考点，以满足快速定位和加工的要求。这里就用到了第二参考点。

所谓第二参考点，是数控车床中人为设定的一个点，它也是机床上的固定点，它和机床参考点之间的距离可以由参数设定。通过返回该点，也可以明确固定的机床坐标值。

在FANUC OTD系统中，设置第二参考点的方法如下：

（1）、先完成G50建立工件坐标系操作的前三步。

（2）、然后输入G00  X100  Z100（具体地址可根据需要设定），启动循环按钮，使刀具离开工件原点，停在预想的起点位置。查看此时的机床坐标，假设这里的机床坐标为（ -112.852，-296.487 ），记录下来。

（3）、然后按输入面板上的［DGNNOS/PARAM］键，使屏幕上出现［诊断］ 页面。

（4）、按机床操作面板上的［MDI］键，进入MDI工作方式。
（5）、这时页面应显示有“PWE=0” 内容。然后设置“PWE=1”，即参数可修改。

（6）、按显示窗口的［参数］软键，进入参数界面。查找0735号参数（该参数专设“第二参考点距机床参考点X向距离”），输入“112.852 ”，然后按［INPUT］键。 再查找0736号参数（该参数专设“第二参考点距机床参考点Z向距离”），输入“296.487” ，然后按［INPUT］键。即改变了第二参考点的参数值。

（7）、返回诊断页面，屏幕上出现“PWE=1”内容，设置“PWE=0”。防止修改。 
（8）、按系统操作面板上的［RESET］键。 断开NC电源，再接通时，修改生效。

这样第二参考点就建立了。一般来说，这个参考点的位置设置，要能适应绝大多数工件加工的需要，即不宜太远，也不宜太近，频繁改动第二参考点的位置，并不是一个好的现象。

知道了第二参考点的位置，我们就可以让刀架直接回到第二参考点。使用时，只需在加工程序首句中加入G30 U0 W0语句即可。G30指令的作用就是返回第二参考点。它的格式为：G30  Xa  Zb，其中 （Xa ， Zb）为返回第二参考点时需要经过的中间点。在这里，我们没有选择中间点，而是让刀架从当前自身点位直接回第二参考点，所以这里采用了增量坐标形式（自身点与自身点坐标值相减，增量为零），即G30 U0 W0。当然，如果在工件加工过程中，刀具直接回第二参点时可能会发生干涉的话，还是应当另选一个中间点，或者在程序中把退刀命令的地址设计好。

刀架回到了第二参考点，也就是刀架回到了定义工件坐标系的规定的位置。这时，我们就可以用G50指令定义工件坐标系了。

具体在程序中，可以这样使用，如：

G30 U0 W0；    /* 返回第二参考点。即返回程序起点，工件坐标系定义点。

G50  X85.0  Z90.0；   /* 设置工件原点（具体地址依实际情况而定）。

…………       /* 程序辅助指令

T0101；        /* 调用1号刀具

……..          /* 这里是1号刀的车削指令

T0100；        /* 1号刀用毕，取消刀补

G30 U0 W0；   /*1 号刀返回第二参考点 ( 即换刀点 )

T0202；        /*  调用2号刀具，2 号刀补

  ……....         /* 这里是2号刀的车削指令和辅助指令

T0200；        /*  2号刀用毕，取消刀补

G30 U0 W0；   /*返回第二参考点（即坐标定义点）

M30；         /*程序结束

以上例子中，第二参考点、程序起点、换刀点、坐标定义点是同一个点。在实际工作中，换刀点可能会有不同。但程序起点，第二参考点，坐标定义点应是一致的。

 

4、G50功能的特点

可以说，G50的工作原理，决定了这一工件坐标系的特点。由于一些人习惯了绝对对刀法和G54的使用，不适应这一灵活的工作方式，加之本身对它不了解，才产生了片面的看法。

实际上，如果真正掌握了G50的功能特点后，在加工中，它是有许多独特的地方的：

（1）、可以根据需要，随时加入返回第二参考点的命令，以消除程序工作中产生的累积误差，有效地提高工件加工精度。

（2）、在加工零件的直径尺寸偏差超出了极限偏差值时，可用工件坐标系平移的方法控制加工尺寸。比如，可以保持程序不变，仅改变首句G50程序段中 X的坐标值，使刀具起点距Z轴的距离随加工尺寸偏大而作相应的缩小，或者刀具起点距Z轴的距离随加工尺寸偏小而作相应的增大，简单灵活地控制最终尺寸。

      (3 )、由于G50坐标系可以浮动于机床坐标系中，只要改变G50  Xa  Zb中的b值，或者只轴向移动起刀点，可以在一个工件毛坯的不同部位连续加工出相同的工件形状，以充分利用毛坯尺寸。

（4）充分利用第二参考点的作用，可以把复杂的问题简单化。在大批量加工情况下，设定一次第二参考点，可以保持工件坐标的快速定位，效率非常高。

 

4、结束语

     G50作为建立工件坐标系的一种独特的方法，是对数控车床对刀操作的一种补充和完善。它为编程者和操作工提供了一种非常灵活的加工思路。使用G50建立工件坐标系，有助于培养机床工良好的操作习惯，建立一种灵动的思维。充分利用其优势和特点，可以取得意想不到的效果。初学者应当不囿于一种固有思路，尝试采取更加多样的方法，体会其中的差别，选择一种更加适合自身思维和加工任务的工作方法。