塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计.doc

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1、 本科毕业设计论文题 目 塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计专业名称 机械设计制造及其自动化学生姓名 冯凡 指导老师 周惠群 毕业时间 2014.6 设计论文毕业 任务书一、题目塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计二、指导思想和目的要求1.毕业设计是一次理论结合实际的训练，是一项综合能力的锻炼，是对四年来所学知识的系统运用。通过这次毕业设计，要巩固和加强以前在校所学的基础理论和专业知识；培养学生综合运用所学的知识以解决实际工程问题的独立工作能力，并初步掌握机械装备或部件设计的思想、设计程序、设计原则、步骤和方法；培养学生使用有关设计规范、手册、参考文献以及分析计算、绘图和编写

2、设计说明书等项能力的基本技能训练；要强调对学生创新精神的培养，注意提高其科研能力，既要遵循科学研究的一般规律，又要符合本科教学的基本要求。2.毕业设计的目的是要进一步巩固和加强对我们的基本知识和基本技能训练，加强对我们的多学科理论、知识与技能综合运用能力的训练，加强我们的创新意识、创新能力和获取新知识能力的培养。 设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务；认真对待设计计算、绘图等工作，在设计中应遵循设计规范，尽量利用国内外先进技术与经验，以使设计成果达到较高的水平。通过毕业设计培养我们严谨、求实的治学方法和刻苦钻研、勇于探索的精神。并且要求在规定时

3、间内完成要求的设计内容。三、主要技术指标1、确定自己用UG三维软件技术进行设计的思路和方案。2、掌握UG、AutoCAD等软件的使用方法。3、用UG软件设计一个螺旋压板机构。4、用UG应用软件系统完塑料壳凹模模加工的数控编程。5、撰写论文，阐述自己毕业设计的工作内容。四、进度和要求2013.32013.3.15： 翻译外文文献、熟悉设计所需的专业知识搜集资料做好准备工作，查阅资料，确定设计方案，熟悉相关软件，做好准备工作，进行总体设计；2013.4.52013.4.15: 完成装配图及三维视图；2013.4.152013.5： 进行塑料壳凹模的程序编制及其仿真加工；2013.52013.6：

4、撰写毕业设计论文；2014.6： 准备并完成答辩。五、主要参考书及参考资料1 濮良贵，纪名刚,机械设计第八版北京：高等教育出版社，2006 2毛振扬等，机械零件课程设计杭州：浙江大学出版社，1995 3哈尔滨工业大学，机械零件设计指导书北京：人民教育出版社，1982 4马兰机械制图北京，机械工业出版社，2010.35袭贵义，机械夹具设计机械零件设计图册，北京：人民教育出版社，19816王科社，机械设计课程设计指导书北京：北京机械工业学院，20017周凯勤，机械零件设计手册第5版，北京：高等教育出版社，20018黄华梁，彭文生，机械设计基础第3版，北京：高等教育出版社，20019成大先，机械设计

5、手册第二版，北京：化学工业出版社，199410北京化工学院、华南工学院，塑料机械设计北京：轻工业出版社，201011李波，AutoCAD2011机械设计完全自学手册 机械工业出版社，2011.612徐鸿本，机械夹具设计 辽宁科学技术出版社2004.313邓文英，郭晓鹏，宋力宏，金属工艺学第五版高等教育出版社，2008.4 14阎光明，侯忠滨，张云鹏，现代制造工艺基础西北工业大学出版社,2007.8 15李体仁，数控加工与编程技术北京大学出版社，2011.116麓山文化，UG NX7 从入门到精通北京：机械工业出版社，2010.117王义文，UG NX7.0 从入门到精通北京：中国铁道出版社，2

6、011.3学生 冯凡 指导教师 周惠群 系主任 魏生民 摘 要数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。有手工编程和自动编程两种方法。螺旋压板机构是指螺旋副与其他元件相结合，对工件实施夹紧的机构。螺旋夹紧机构在生产中使

7、用极为普遍。螺旋压板机构结构简单，夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大，是手动夹紧中采用最多的一种夹紧机构。本文以塑料壳凹模加工的数控编程为例，对数控编程进行介绍，是零件从图纸到获得数控加工程序的全过程。本文以螺旋压板机构的设计为例，对夹紧机构进行了介绍。夹具的特点是操作简便，针对性强，夹紧力可靠，结构紧凑，生产效率高，使用安全，且有合理的装卸空间。本次设计还运用制图软件UG，AutoCAD对螺旋压板机构的各个零部件进行了三维制图和装配并且绘制了零件图和装配图的工程图。除此之外，还用了UG对塑料壳凹模进行了数控加工编程。关键词：数控编程，螺旋压板机构，夹紧机构，装配图，工程图 ABSTRACTC

8、NC machining refers to a process for parts on CNC machine tools for machining, CNC machining process planning with traditional machining said in general is the same, but significant changes have taken place. Digital information control parts and machining tool displacement method. It is to solve the

9、 parts changing varieties, small batch, complex shape, high precision problems and achieve efficient and effective way to automated processing. CNC programming CNC machining is one of the main stages of preparation, often including parts pattern analysis to determine the machining process; calculate

10、 the trajectory passes, drawn cutter location data; write NC programs; production control medium; proofreading process and the first pieces of test cut. There are manual programming and automatic programming of two ways.Platen mechanism is the helical screw pair combination with other elements, the

11、clamping mechanism of a workpiece. Screw clamping mechanism is very common to use in production. Spiral plate mechanism is simple structure, large clamping stroke, and good self-locking performance, increase strength ratio, is used in most manual clamping a clamping mechanism.In this paper, the plas

12、tic case of the die machining CNC programming example, introduced CNC programming is drawing to get parts from CNC machining program the entire process.In this paper, spiral plate design agency, for example, of the clamping mechanism were introduced. Fixture features a simple, targeted, clamping for

13、ce, reliable, compact, high production efficiency, safety, and there is a reasonable handling space.The design also uses mapping software UG, AutoCAD various parts of the spiral plate bodies were assembled and three-dimensional mapping and drawn parts and assembly drawings. In addition, also with a

14、plastic shell die UG conducted on NC programming.Keywords: CNC programming，spiral plate institutions，clamping mechanism，assembly drawing, engineering drawings目 录摘要 ABSTRACT 第1章 绪论 51.1数控加工的发展背景 51.2国内外的发展史及研究动态 51.3研究背景 614选题的意义 61.5本次设计的简介 7第2章 螺旋压板机构的简介 8 2.1螺旋压板机构的初步认识 8 2.2夹具的分类 9 2.2.1万能通用夹具 9

15、2.2.2 专用性夹具 9 2.2.3可调夹具 9 2.2.4组合夹具 9 2.2.5组成夹具 9 2.2.6 自动线夹具 9 2.3螺旋压板机构的特点 10 2.4 本章小结 10第3章 设计过程中软件的功能介绍 11 3.1 UG软件的简介 11 3.2 UG软件的操作解析 11 3.2.1 UG界面介绍 11 3.2.2鼠标功能 13 3.2.3 工具条 13 3.3 Auto CAD软件的简介 13 3.3.1 Auto CAD的发展史 13 3.3.2 Auto CAD的工作界面 13 3.4本章小结 14第4章 塑料壳凹模的数控编程 15 4.1塑料壳凹模零件 154.2 塑料壳凹

16、模加工的工艺路线 154.3 塑料壳凹模的数控加工 154.4 本章小结 23第5章 零件建模 24 5.1 制图过程 24 5.2 零件建模过程 24 5.3 本章小结 33第6章 工程图的绘制 34 6.1 主要零件工程图的绘制 34 6.2 整体装配图的绘制 37 6.3 本章小结 37第7章 螺旋压板机构的装配 38 7.1 装配操作的基本步骤 38 7.2 螺旋压板机构的装配过程 38 7.3 本章小结 43第8章 全文总结 44第9章 毕业设计心得体会 45参考文献 47致谢 48附录 49第1章 绪论1.1数控加工的发展背景数控技术起源于航空工业的需要，20世纪40年代后期，由美

17、国一家直升机公司提出了数控机床的初始设想，1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床。50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机零件。60年代，数控系统和程序编制工作日益成熟和完善，数控机床已被用于各个工业部门，但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。一些大的航空工厂配有数百台数控机床，其中以切削机床为主。数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面等。数控机床发展的初期是以连续轨迹的数控机床为主，连续轨迹控制。又称轮廓控制，要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。以后又大力发展点位控制数控机床。点位控制是

18、指刀具从某一点向另一点移动，只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何。1.2国内外的发展史及研究动态数控加工机床是由美国发明家约翰帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控加工机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控加工机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。中国数控加工仍然较为落后。中国数控加工机床市场巨大，与国外产品相比，中国的差距主要是数控加工机床的高速高效化

19、和精密化上。与国外的铸造机床产业相比，我国的铸造机床产业在制造工艺水平上明显落后，这使得其在核心运行部件的技术水平和运行速度、产品精度保持性以及机床的可靠性上有着明显的不足。由于中国数控加工和工业化水平逐步提升，其技术的获得再也不能依赖别人。过去，中国走了一条从模仿到引进的道路，从现在开始必须走自主创新的道路。企业技术遇到新的封锁，建立自主、新型、战略性的产学研创新模式是支撑产品结构调整技术来源的惟一途径。1.3研究背景我国铸造机床企业缺乏自主创新和基础理论研究的意识与能力，这就制约了我国铸造机床技术的发展，要改变这种现状，就要深入研究用户行业产品工艺的特点和要求，结合工艺特点开发出高水平加工

20、设备，同时，还要注重基础理论工作的研究，这样才能让我国铸造机床产业在不久的将来有更好的发展。机械设计制造及其自动化专业所涵盖的内容非常广泛，机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标准之一。国家的工业、农业、国防和科学技术的现代化程度都与机械工业的发展程度相关。目前在机械制造加工工艺中，数控加工对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，能够大大提高劳动生产力和改善劳动条件。同时，不论是集中进行的大量生产还是多品种、小批量生产，都便于实现产品的标准化、系列化和通用化，在加速生产实现机械化、自动化进程等方面有非常重要的作用。1.4选题的意义本次选择课题为塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设

21、计，其中塑料壳凹模加工的数控编程意义非凡，数控加工具有工序集中、操作简单、降低劳动强度、质量稳定、柔性化高、加工范围广等特点。设计螺旋压板机构意义重大，因为它作为一种机械夹具，用于切削加工时安装工件并使之与机床和刀具间保持正确的相对位置。机床夹具被广泛用于制造业中，为大批量生产提供了必要条件。它的作用包括保证机械加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、是实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备。所以设计一个操作简单装夹方便的压板机构对工业生产是十分重要的。1.5本次设计的简介在对螺旋压板机构总体设计之前，需要确定螺旋压板机构的夹紧方式，基本类型以及绘制草图，并根据结构特

22、点和要达到的要求进行分析，如各个部分的尺寸、形状、连接方式等。然后还必须深入了解螺旋压板机构的工作原理，大量收集资料和尺寸数据，了解螺旋压板机构的优缺点，并进行改良和再设计。然后是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是绘制各个组成零件的三维设计图、工程图、装配图并导出CAD图且进行数据标注。本次毕业设计还包含了塑料凹模的速控仿真加工，它是一个将设计转化为实物的过程，通过仿真我们可以完善设计方案，并对零件的可加工性进行检测，同时还是一个系统熟悉UG软件的过程。通过分析和借鉴图1-1的模型机构，并自己设计出一个螺旋压板机构。螺旋压板机构的结构如下图1-1所示：图1-1 第2章 螺旋压板机构的简介

23、2.1螺旋压板机构的初步认识 螺旋夹紧机构是指螺旋副与其他元件（压板、垫片、螺钉等）相结合，对工件实施夹紧的机构。螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。螺旋夹紧机构结构简单，夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大，是手动夹紧中用的最多的一种夹紧机构。常用的夹紧形式有：单个螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构。 图2-1常见的螺旋压板夹紧机构如图2-1、2-2所示，（左）为移动压板，（右）为回转压板。图2-22.2夹具的分类夹具分有万能通用夹具、专用性夹具、可调夹具、组合夹具、组成夹具、自动线夹具等。 2.2.1万能通用夹具特点：能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多

24、数已成为机床的一种标准附件。适用于各种不同尺寸的零件加工，如导尺、分度盘等。常见的万能通用夹具有：机用虎钳、卡盘、吸盘、分度头和回转工作台等。 2.2.2专用性夹具特点：为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。如在铣床上加工弯曲零件必须采用相应的夹具，在刨床上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。常见的专用性夹具有：车床夹具、铣床夹具、钻模、镗模和随行夹具。 2.2.3可调夹具特点：可以更换或调整元件的专用夹具。常见的可调夹具：三坐标夹具等。2.2.4组合夹具特点：由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常

25、更换的单件、小批生产以及临时任务。常见的组合夹具有：轴承座夹具等。 2.2.5组成夹具 这是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。它是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。这类夹具从外形上看它和可调夹具不易区别。但它与可调夹具相比，具有使用对象明确、设计科学合理、结构紧凑、调整方便等优点。 2.2.6自动线夹具自动线夹具一般分为两种：一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。2.3螺旋压板机构的特点螺旋压板机构应能满足以下基本要求：(1

26、)结构简单、夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大。(2)结构刚性好、成本低易操作、易于维修。(3)操作方便省力，安全。(4)灵活性强、夹紧可靠、便于装卸。(5)具有良好的工艺性。2.4本章小结螺旋压板机构作为一种机械夹具，用于切削加工时安装工件并使之与机床和刀具间保持正确的相对位置。机床夹具被广泛用于制造业中，为大批量生产提供了必要条件。它的作用包括保证机械加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、是实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备。所以设计一个操作简单装夹方便的压板机构对工业生产是十分重要的。本章通过对螺旋压板机构功能的阐述，对夹紧机构有了更系统更全面的了解；螺旋

27、压板将工件零件准确定位和可靠夹紧，便于零件加工制造、保证结构构件精度方面要求得工艺装备。其作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不变的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。由于螺旋夹紧具有以上特点，很适用于手动夹紧。第3章 设计过程中软件的功能介绍3.1 UG软件的简介UG软件是美UnigraphicsSolution公司(简称UGS)开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。它功能强大，可以实现各种复杂

28、实体的建模、工程分析、运动仿真、数控编程等功能。UG的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的。其软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了设计的可靠性;同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。UG针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，UG作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。特别是在国内产品设计领域占据重要位置。3.2 UG软

29、件的操作解析UG标准件库的种类 指UG系统自带的标准件库，其包含螺栓、螺母、螺钉、螺柱、键销、垫圈、挡圈、密封圈、弹簧、型材、法兰等常用零部件，模型数据可被直接调用。 3.2.1 UG界面介绍1主视窗主视窗的作用主要是显示所绘制的二维和三维图。主视窗内分为8个区域，即：标题栏、顶部工具条按钮区、下拉菜单区、资源工具条区、消息区、图形区、部件导航器区、资源工具条及底部工具条按钮区。如图3-1所示。 图3-11下拉菜单包含创建、保存、修改和设置UG NX 7.0环境的所有命令。2工具条按钮区 包含顶部工具条按钮区和底部工具条按钮，其中的命令按钮为快速选择命令及设置工作环境提供了极大的方便，用户可以

30、根据具体情况定制工具条。3 资源工具条区 包括“装配导航器”、“约束导航器”、“部件导航器”、“Internet Explorer”、“历史记录”、“系统材料”等导航工具。用户通过工具条可以方便地进行一些操作。其中“装配导航器”显示装配的层次关系；“约束导航器”显示装配的约束关系；“部件导航器”显示建模的先后顺序和父子关系；“Internet Explorer”可以直接浏览网站；“历史记录”中可以显示曾经打开过的部件；“系统材料”中可以设定模型的材料。4消息区 执行有关操作时，与该操作有关的系统提示信息会显示在消息区。消息区中间有一个可见的边线，左侧是提示栏，用来用户如何操作；右侧是状态栏，用

31、来显示系统或图形当前的状态。5. 图形区 它是UG NX 7.0用户主要的工作区域，建模的主要过程、绘制前后的零件图形、分析结果和模拟仿真过程等都在这个区域内显示。同时还可以选择多种视图操作方式。 3.2.2 鼠标功能1滚动鼠标中键滚轮，可以缩放模型；向前滚，模型缩小；向后滚，模型变大。2按住鼠标中键，移动鼠标，可旋转模型。3先按住键盘上的Shift键，然后按住鼠标中键，移动鼠标可以移动模型。 3.2.3 工具条工具条是应用程序调用命令的另一种方式，它包含许多由图标表示的命令按钮。使用工具条中的按钮可以免除用户在菜单中查找命令的繁琐，方便用户进行操作。在系统默认状态下，共分5组：标准图标组、视

32、图显示、特征显示、建模工具显示。3.3 AutoCAD软件的简介 3.3.1 AutoCAD的发展史AutoCAD是由美国Autodesk公司开发的通用计算机辅助绘图与设计软件包，具有易于掌握、使用方便、体系结构开放等特点，深受广大工程技术人员的欢迎。AutoCAD自1982年问世以来，已经进行了近26次的升级，从而使其功能逐渐强大，且日趋完善。如今，AutoCAD已广泛应用于机械、建筑、电子、航天、造船、石油化工、土木工程、冶金、农业、气象、纺织、轻工业等领域。在中国，AutoCAD已成为工程设计领域中应用最为广泛的计算机辅助设计软件之一。 3.3.2 AutoCAD的工作界面和主要功能 A

33、utoCAD的经典工作界面由标题栏、菜单栏、各种工具栏、绘图窗口、光标、命令窗口、状态栏、坐标系图标、模型/布局选项卡等组成。 AutoCAD的功能概括起来为五个方面，即交互式作图、图形编辑、尺寸标注、图形存储和图形输出。AutoCAD提供一组图素，如直线、圆、弧、椭圆、多义线和文字串等，用于构造各种复杂的二维图形。用户只要从键盘上输入所需的命令或在菜单中选择相应的项，对所要绘制的图素输入必要的参数（如点的坐标值、长度数据或角度数据等），即可在屏幕上指定的位置显示出所绘图形。对于已给的图形，可用多种方式进行编辑修改，如擦除、拷贝、移动、修剪、圆角、倒角等等。尺寸是工程图的重要组成部分，标注尺寸

34、是一件细致而繁琐的工作。因此，绘图软件都具有尺寸标注功能，而且尺寸标注的效率和操作的方便性是衡量绘图软件优劣的重要指标之一。AutoCAD的较早版本已有较好的尺寸标注功能，现在AutoCAD在这方面又有了明显改进。对于已绘出的图形或经编辑修改的图形，可用图形文件的形式存储到硬盘（或软盘）之上，也可以在绘图机或打印机上输出精确的工程图样，比手工绘制的图样更加精确和漂亮。存储在磁盘上的图形，可根据需要随时调出进行修改或多次绘制输出。3.4 本章小结本章主要从总体上对UG和AutoCAD进行了介绍，具体包括：UG和AutoCAD的概述、基础操作、工作环境等几个方面的内容，通过了解软件的基本操作流程，

35、为后续的学习和制图打下了基础。本章介绍了在螺旋压板机构设计过程中所运用的相关软件，通过UG进行单体零件的初始草绘，然后再在草绘图形的基础上运用拉伸，旋转等操作将草绘图形转化为立体实体。当螺旋压板机构的所有单一零件个体都绘制完成后再进行总体装配过程。通过后期尺寸修改，在UG绘图中将所设计零件转化为工程图并转存DWG形式导出。紧接着再在AutoCAD中将DWG形式文件打开，通过对二维视图的修改、标注以及工艺表和粗糙度的选择来完成工艺图纸的绘制。这就是通过三维建模到二维工艺图纸的过程，很鲜明的让人们了解工件的形状与组成。UG与AutoCAD很好的将人们的需求结合，这种三维到二维的加工思路也很好的将机

36、械加工过程变得明朗化。第4章 塑料壳凹模的数控编程4.1塑料壳凹模零件塑料壳凹模的零件如图4-1，4-2所示。 图4-1 图4-24.2塑料壳凹模加工的工艺路线1.型腔铣削 具加工中，一般用型腔铣或平面铣进行开粗，如果有区域剩余材料过多，则需要进行二次开粗。2.轮廓区域铣 精加工由轮廓曲面所形成区域的加工方式。3.等高轮廓铣 轮廓铣常用于精加工或半精加工模具的型芯和型腔。4.底面壁铣削 件平面部分进行铣削。5.多刀路清根铣 件的表面比较复杂时常常使用多刀路清根铣。4.3塑料壳凹模的数控加工 塑料壳凹模的加工操作命令：1打开模型文件并进入加工模块进入加工环境，选择【开始】-【加工】命令-在“加工环境”选择【Cam会话配置】-【mill contoun】选项-【确定】，进入加工环境。2创建机床坐标系进入如图4-3所示“CSYS”对话框-在模型中将机床坐标系绕XM轴旋转-180度-【确定】创建如图4-4所示的机床坐标系。