了解数控车床的工件坐标系与控制分类

任务引入

练习　工件坐标系的建立

问题：建立图1-5所示工件数控车削加工的坐标系。

图1-5　工件

必备知识

一、数控车床的分类与组成

数控是数字控制（Numerical Control，NC）的简称，是指用数字、文字和符号组成的指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控技术也称计算机数字控制技术（Com-puter Numerical Control），简称CNC，是一种装有程序控制系统的自动化机床，该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。具有CNC系统的车床称为CNC车床。

1.数控车床的分类

1）按加工性能可分为卧式数控车床、立式数控车床和车削加工中心。

2）按系统控制原理可分为开环、半闭环、闭环混合环控制型数控车床。

3）按控制系统功能水平可分为经济型、普及型和全功能型数控车床。

2.数控车床的组成及其作用

数控车床主要由数控系统和机床主机（包括床身、主轴箱、刀架进给传动系统、液压系统、冷却系统和润滑系统等）组成。

1）数控系统：用于对机床的各种动作进行自动化控制。

2）床身：数控车床的床身和导轨有多种形式，主要有水平床身、倾斜床身和水平床身斜滑鞍等，它构成了机床主机的基本骨架。

3）传动系统及主轴部件：主传动系统一般采用直流或交流无级调速电动机，通过传动带传动或通过联轴器与主轴直接连接，带动主轴旋转，实现自动无级调速及恒切削速度控制。主轴组件是机床实现旋转运动（主运动）的执行部件。

4）进给传动系统：一般采用滚珠丝杠螺母副，由安装在各轴上的伺服电动机，通过同步齿形带传动或通过联轴器与滚珠丝杠直接连接，实现刀架的纵向和横向移动。

5）自动回转刀架：用于安装各种切削加工刀具，加工过程中能实现自动换刀，以实现多种切削方式的需要。它具有较高的回转精度。

6）液压系统：用于使机床实现卡盘的自动松开与夹紧以及机床尾座顶尖自动伸缩。

7）冷却系统：在机床工作过程中，可利用冷却系统，通过手动或自动方式为机床提供切削液，对工件和刀具进行冷却。

8）润滑系统：集中供油润滑装置，能定时定量地为机床各润滑部件提供合理润滑。

思考：普及型和全功能型数控车床的组成有哪些区别？

二、坐标系(www.xing528.com)

数控机床坐标系是为了确定工件在机床中的位置、机床运动部件的特殊位置（如换刀点、参考点等）及运动范围（如行程范围）等而建立的几何坐标系。目前我国执行的行业标准JB/T 3051—1999《数控机床　坐标和运动方向的命名》与国际标准ISO841等效。

标准的坐标系为笛卡儿坐标系，如图1-6所示。

数控车床坐标系分为机床坐标系和工件坐标系（编程坐标系）。无论哪种坐标系都规定与车床主轴轴线平行的方向为Z轴，且规定从卡盘中心至尾座顶尖中心的方向为正方向，在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为X轴，且规定刀具远离主轴旋转中心的方向为正方向，如图1-7所示。

图1-6　笛卡儿坐标系

图1-7　数控车床坐标系及刀具运动方向

1.机床坐标系

机床坐标系是机床固有的坐标系，是用来确定工件坐标的基本坐标系。机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。机床在经过设计、制造和调整后，这个原点便被确定下来，它是机床上的一个固定点。数控车床一般将机床原点设定在卡盘后端面与主轴旋转中心的交点上。

2.机床参考点

机床启动时数控装置并不知道机床零点位置，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（一般在X轴和Z轴方向的最大行程处）设置一个机床参考点。机床启动时通常要进行自动或手动返回参考点，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。机床参考点到机床零点的距离可以通过参数设定。机床回到参考点时，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，CNC就建立了机床坐标系。

3.工件坐标系

编制数控程序时，必须先建立工件坐标系，程序中的坐标值才能以此坐标系为依据。工件坐标系是编程人员在编程时选择工件上的某已知点为原点建立的坐标系，因此也称为编程坐标系。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。

工件坐标系的原点选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件。为了编程方便，通常将工件坐标系设置在工件上，并将坐标原点设置在图样的设计基准和工艺基准处，其坐标原点称为工件原点（或加工原点），如图1-8所示。数控车床的工件原点也称为程序原点。

图1-8　工件坐标系

注意：工件原点是人为设定的，从理论上讲，工件原点选在任何位置都是可以的，但在实际工作中为方便编程以及使各尺寸较为直观，数控车床工件原点一般都设置在主轴中心线与工件端面的交点处。

任务实施

练习　工件坐标系的建立

问题：建立图1-5所示工件的坐标系。

巩固与提高

1.机床参考点有什么作用？

2.机床坐标系和工件坐标系有什么区别？