认识数控车床的坐标系

时间：2022-10-11 百科知识版权反馈

【摘要】：在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。数控机床的坐标系采用符合右手定则规定的笛卡尔坐标系。数控车床坐标系如图1-3及图1-4所示。这种针对某一工件，根据零件图样建立的坐标系称为工件坐标系。数控车床工件坐标系原点选取如图1-8所示。找出工件坐标系在机床坐标系中位置的过程称为对刀。

第一节　认识数控车床的坐标系

【工作任务】

采用手摇或手动切削方式加工如图1-1所示零件，毛坯选用φ50mm×60mm的钢料或尼龙棒。

图1-1　手动切削操作实例

注意

在手动进给前一定要判断好刀具的移动方向及手摇脉冲发生器的旋向后再进行进给，切不可采用“试一试”的方法进行进给。

【相关理论】

要实现刀具在数控机床中的移动，首先要知道刀具向哪个方向移动。这些刀具的移动方向即为数控机床的坐标系方向。因此，数控编程与操作的首要任务就是确定机床的坐标系。

一、机床坐标系（标准坐标系）

1.机床坐标系的定义

在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫机床坐标系，也叫标准坐标系。

2.机床坐标系中的规定

数控车床的加工动作主要分为刀具的运动和工件的运动两部分，因此，在确定机床坐标系的方向时规定：永远假定刀具相对于静止的工件而运动。

对于机床坐标系的方向，统一规定增大工件与刀具间距离的方向为正方向。

数控机床的坐标系采用符合右手定则规定的笛卡尔坐标系。如图1-2左图所示，大拇指的方向为X轴的正方向，食指指向Y轴的正方向，中指指向Z轴的正方向。右图则规定了转动轴A、B、C轴转动的正方向。对工件旋转的主轴（如车床主轴），其正转方向（+C'）与+C方向相反。对前置刀架式的各类车床，现称的“正转”，按标准应为反转（-C'），其“正转”是指习惯上的俗称。

图1-2　右手笛卡尔坐标系

3.机床坐标系的确定

数控车床的机床坐标系方向如图1-3、图1-4所示，其确定方法如下：

（1）Z坐标方向　Z坐标的运动由主要传递切削动力的主轴所决定。对任何具有旋转主轴的机床，其主轴及与主轴轴线平行的坐标轴都称为Z坐标轴（简称Z轴）。根据坐标系正方向的确定原则，刀具远离工件的方向为该轴的正方向。

（2）X坐标方向　X坐标一般为水平方向并垂直于Z轴。对工件旋转的机床（如车床），X坐标方向规定在工件的径向上且平行于车床的横导轨，同时也规定其刀具远离工件的方向为X轴的正方向。

确定X坐标方向时，要特别注意前置刀架式数控车床　（图1-3）与后置刀架式数控车床（图1-4）的区别。

（3）Y坐标方向及确定各轴的方法　Y坐标垂直于X、Z坐标轴。按照右手笛卡尔坐标系确定机床坐标系中各坐标轴时，应根据主轴先确定Z轴，然后再确定X轴，最后确定Y轴。数控车床坐标系如图1-3及图1-4所示。

（4）旋转轴方向　旋转坐标A、B、C对应表示其轴线分别平行于X、Y、Z坐标轴的旋转坐标。A、B、C坐标的正方向分别规定在沿X、Y、Z坐标轴正方向并按照右旋螺纹旋进的方向，如图1-2中的右图所示。

图1-3　水平床身前置刀架式数控车床的坐标系

图1-4　倾斜床身后置刀架式数控车床的坐标系

二、机床原点和机床参考点

1.机床原点

机床原点（亦称为机床零点）是机床上设置的一个固定的点，即机床坐标系的原点。机床原点在机床装配、调试时就已调整好，一般情况下不允许用户进行更改，因此它是一个固定的点。

机床原点又是数控机床进行加工或位移的基准点。有一些数控车床将机床原点设在卡盘中心处（图1-5），还有一些数控机床将机床原点设在刀架位移的正向极限点位置（图1-6）。

图1-5　机床原点位于卡盘中心

图1-6　机床原点位于刀架正向运动极限点

2.机床参考点

机床参考点是数控机床上一个特殊位置的点。通常，数控车床的第一参考点一般位于刀架正向移动的极限点位置，并由机械挡块来确定其具体的位置。机床参考点与机床原点的距离由系统参数设定，其值可以是零；如果其值为零则表示机床参考点和机床零点重合。

对于大多数数控机床，开机第一步总是先使机床返回参考点（即所谓的机床回零）。当机床处于参考点位置时，系统显示屏上的机床坐标系显示系统参数中设定的数值（即参考点与机床原点的距离值）。开机回参考点的目的就是为了建立机床坐标系，即通过参考点当前的位置和系统参数中设定的参考点与机床原点的距离值（图1-7中的a和b）来反推出机床原点位置。机床坐标系一经建立后，只要机床不断电，将永远保持不变，且不能通过编程来对它进行改变。

机床上除设立了参考点外，还可用参数来设定第2、3、4参考点，设立这些参考点的目的是为了建立一个固定的点，在该点处数控机床可执行诸如换刀等一些特殊的动作。

图1-7　机床原点与参考点

三、工件坐标系

1.工件坐标系的概念

机床坐标系的建立保证了刀具在机床上的正确运动。但是，由于加工程序的编制通常是针对某一工件根据零件图样进行的，为了便于尺寸计算、检查，加工程序的坐标系原点一般都与零件图样的尺寸基准相一致。这种针对某一工件，根据零件图样建立的坐标系称为工件坐标系（也称编程坐标系）。

2.工件坐标系原点

工件坐标系原点也称编程坐标系原点，该点是指工件装夹完成后，选择工件上的某一点作为编程或工件加工的原点。工件坐标系原点在图中以符号“”表示。

数控车床工件坐标系原点选取如图1-8所示。X向一般选在工件的回转中心，而Z向一般选在完工工件的右端面（O点）或左端面（O'点）。采用左端面作为Z向工件原点有利于保证工件的总长，而采用右端面作为Z向工件原点则有利于对刀。

图1-8　工件坐标系原点

3.工件坐标系原点设定

工件坐标系原点通常通过零点偏置的方法来进行设定，零点偏置设定的工件坐标系实质就是在编程与加工之前让数控系统知道工件坐标系在机床坐标系中的具体位置。其设定过程为：选择装夹后工件的编程坐标系原点，找出该点在机床坐标系中的绝对坐标值（图1-9中的X、Z值），将这些值通过机床面板操作输入机床偏置存储器参数（这种参数有G54～G59共计6个）中，从而将机床坐标系原点偏移至工件坐标系原点。找出工件坐标系在机床坐标系中位置的过程称为对刀。

零点偏置的数据，可以设定G54等多个，如图1-10所示。在FANUC及SIEMENS 802D系统中可设置G54～G59共6个能通过系统参数设定的偏置指令；而在SIEMENS 802C/S系统中，则规定可设置G54～G57共4个通过系统参数设定的偏置指令。这些指令均为同组的模态指令。

通过这种方法设定的工件坐标系，只要不对其进行修改、删除操作，该工件坐标系将永久保存，即使机床关机，其坐标系也将保留。