数控机床坐标系

2.2.1　数控机床坐标系

数控机床的坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定。标准的机床坐标系统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系，如图2-1（a）所示。图中大拇指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，其正方向用右手螺旋法则确定，以大拇指指向＋X、＋Y、＋Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的＋A、＋B、＋C，如图2-1（c）所示。机床在加工过程中不论是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，并规定刀具远离工件的运动方向为坐标轴的正方向。

图2-1　右手笛卡儿坐标系

1.机床坐标系及机床原点

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。它在机床装配、调试时就已调整好，一般情况下不允许用户进行更改，因此它是一个固定点。机床原点也是数控机床进行加工运动的基准参考点。

（1）数控车床的机床坐标系

数控车床坐标系如图2-2所示，Z轴与车床导轨平行（取卡盘中心线），正方向是远离车床卡盘的方向，X轴与Z轴垂直，平行于横向滑座，正方向是刀具远离主轴轴线的方向，坐标原点O定在卡盘后端面与中心线交点处。

图2-2　卧式数控车床坐标系

通常，当数控车床配置后置刀架时，其坐标系的表示形式如图2-3所示，机床原点为主轴轴线与主轴前端面的交点，如图2-3中的O点。数控车床坐标系的原点也称机械原点。从机床设计的角度来看，该点位置可任选，但从使用某一具体机床来看，这点却是机床上一个固定的点。

为了正确地建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点作为测量起点，它是机床坐标系中一个固定不变的极限点，其固定位置由各轴向的机械挡块来确定。一般数控机床开机后，通常要进行机动或手动回参考点以建立机床坐标系。

机床参考点可以与机床零点重合也可以不重合，通过参数指定机床参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，机床坐标系就建立起来了。机床参考点在数控机床出厂时，就已经调好并记录在机床使用说明书中供用户编程使用，一般情况下，不允许随意变动。

图2-3　机床坐标系

图2-4　工件坐标系

（2）数控铣床及加工中心的机床坐标系

数控铣床Z坐标由传递切削力的主轴所决定，在有主轴的机床中与主轴轴线平行的坐标轴即为Z轴。根据坐标系正方向的确定原则，在钻、镗、铣加工中，钻入或镗入工件的方向为Z轴的负方向。

X坐标一般为水平方向，它垂直于Z轴且平行于工件的装夹。对于立式铣床，Z方向是垂直的，则为站在工作台前，从刀具主轴向立柱看，水平向右方向为X轴的正方向，如图2-5所示。对于Z轴是水平的，则从主轴向工件看（即从机床前面向工件看），向左方向为X轴的正方向，如图2-6所示。

图2-5　立式数控铣床的坐标系

图2-6　卧式数控铣床的坐标系

Y坐标垂直于X、Z坐标轴，根据右手笛卡儿坐标系来进行判别。

数控铣床（加工中心）的机床原点一般设在刀具远离工件的极限点处，即坐标正方向的极限点处，并由机械挡块来确定其具体的位置。机床参考点是数控铣床上一个特殊位置的点，一般位于靠近机床原点的位置，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与机床零点重合。

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，系统显示屏上显示的机床坐标值即是系统中设定的参考点距离参数值。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来反推出机床原点的位置。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。

2.工件坐标系与原点

工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点（也称工件原点、程序原点），建立一个新的坐标系，称为工件坐标系，又称为编程坐标系。为了保证编程与加工的一致性，工件坐标系也采用右手笛卡儿坐标系，工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致（如图2-4所示）。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。

工件坐标系的原点是人为设定的，设定的依据是要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小、最好在工件的对称中心上等条件。一般情况下，程序原点应选在尺寸标注的基准或定位基准上。为方便编程，数控车床的工件原点一般建立在工件右端面的圆心，工件直径方向为X轴方向，工件轴线方向为Z轴方向，如图2-4所示。数控铣床的工件原点一般选择在零件的对称点且在零件的上表面上，如图2-7所示。

图2-7　数控铣床的工件坐标系的选择