机床坐标系规定及参考点坐标说明

1.机床坐标系的确定

由于数控机床的运动轴分为平动轴和转动轴，而且有的运动轴是使刀具产生运动，有的运动轴是使工件产生运动，因此，标准规定在编程时要确定数控机床坐标系和运动方向，同时对X、Y、Z三轴的相对位置关系也做了规定。

（1）机床相对运动的规定 在机床上，始终认为工件静止，而刀具是运动的，即刀具相对静止工件运动原则。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。

（2）机床坐标系的规定 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。

在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系称为机床坐标系。

例如，在铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂直方向运动，如图3-1所示。在数控加工中就应用机床坐标系来描述。

图3-1 数控铣床坐标系

标准机床坐标系中，X、Y、Z坐标轴的相互关系由右手笛卡尔直角坐标系决定，具体如下：

1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°，则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。

2）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。

3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向，如图3-2所示。

（3）运动方向的规定 增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，即刀具远离工件为正。图3-3所示为数控车床上两个运动的正方向。

图3-2 右手笛卡尔直角坐标系

图3-3 数控车床上两个运动的正方向

2.坐标轴的确定方法

（1）Z坐标 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。

对于以工件旋转中心为主轴的机床，如车床Z轴为工件旋转中心，刀具远离工件的方向为正方向。

对于以刀具旋转中心为主轴的机床，如铣床Z轴为刀具旋转中心，刀具远离工件的方向为正方向。

图3-4 数控车床的坐标系

如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向，且向上为正。图3-4所示为数控车床的坐标系。

（2）X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况：

1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。

2）如果刀具做旋转运动，则分为三种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。对于龙门式铣床，沿着主要刀具主轴向机床左侧看，+X运动方向指向右方。

3）如果刀具与工件都不旋转（如刨床），则X方向为沿着主要切削力的方向，并以此为正方向。

（3）Y坐标 在确定X、Z坐标的正方向后，可以根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。

3.旋转运动(www.xing528.com)

用A、B、C表示回转轴线与X、Y、Z轴重合或平行的回转运动，用右手螺旋定则判断，如图3-2所示。正方向用+A、+B、+C表示，负方向用−A、−B、−C表示。

4.附加坐标系

为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。对于直线运动，通常建立的附加坐标系有：

1）指定平行于X、Y、Z的坐标轴，可以采用的附加坐标系：第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。

2）指定不平行于X、Y、Z的坐标轴，也可以采用附加的坐标系：第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。附加坐标系上的旋转坐标系可用D、E、F表示。

图3-5 数控立式铣床结构图

举例：根据图3-5所示的数控立式铣床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标。

1）Z坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。

2）X坐标：Z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。

3）Y坐标：在Z、X坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。

上述坐标轴正方向，均是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动而确定的方向，即刀具运动坐标系。但在实际机床加工时，有很多都是刀具相对不动，而工件相对于刀具移动实现进给运动的情况。此时，应在各轴字母后加上“′”表示工件运动坐标系。按相对运动关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有：

+X=-X′ +Y=-Y′ +Z=-Z′ +A=-A′ +B=-B′ +C=-C′

5.机床原点的设置

机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。

（1）数控车床的机床原点 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，如图3-6所示。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。

（2）数控铣床的机床原点 在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，如图3-7所示。

图3-6 数控车床的机床原点

图3-7 数控铣床的机床原点

6.机床参考点

机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。

机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。

通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。图3-8所示为数控车床的参考点与机床原点。

数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。

图3-8 数控车床的参考点与机床原点