数控坐标系统及其指令介绍

数控机床坐标系的作用是为了确定工件在机床中的位置及运动范围等，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系。通过机床坐标系的建立，可确定机床位置关系，获得所需的相关数据。

数控车床的坐标系统包括坐标系、坐标原点和运动方向。对于数控加工及编程，坐标系统是一个基本的概念。每一个数控编程员和数控机床的操作者，都必须对数控机床的坐标系统有一个正确的理解，否则数控编程与操作将难以进行。为了使数控系统规范化，ISO对数控机床坐标系统作了若干规定。

1.数控系统坐标系

数控系统坐标系采用右手笛卡儿坐标系，其基本坐标为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C，如图2-2所示。

图2-2 数控系统坐标系

2.数控机床坐标系

数控机床坐标系是机床固有的坐标系，它也是按照标准进行规定的。数控车床的机床坐标系如图2-3所示，各坐标轴及其方向的定义是这样确定的：

图2-3 数控机床系统坐标系

a）前置刀架 b）后置刀架

（1）先确定Z轴 主运动轴为Z轴，多个主轴时，垂直于工件装夹平面的为主要主轴，平行于该轴方向的为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴正方向。

（2）再确定X轴 对于主轴（Z轴）带工件旋转的数控车床，X轴分布在径向，平行于横向滑座，刀具远离主轴中心线的方向为正方向。图2-3a为前置刀架的数控车床系统坐标系的X轴方向，图2-3b为后置刀架的数控车床系统坐标系的X轴方向。

普通数控车床一般没有Y轴。

不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对于静止的工件坐标系的运动，即总是假定工件不动，刀具沿一定的轨迹运动来切削工件。

3.坐标原点

数控机床坐标系坐标原点是指机床上设置的一个固定的点，它在机床装配、调试时就已经确定下来了，是数控机床进行运动的基准参考点，一般取在机床运动正方向的最远点。(www.xing528.com)

机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点，在机床经过设计制造和调整后这个原点便确定下来，它是固定的点。数控系统上电时并不知道机床零点的位置，一般的操作是通过机床返回参考点的方法来完成机床坐标系与数控系统坐标系的统一工作的。

为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，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，机床启动时通常要进行机动或手动返回参考点以建立机床坐标系。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，CNC就建立起了机床坐标系。

参考点可以看成是数控系统和数控机床的坐标系原点。编程人员在编程时使用的是工件坐标系，工件坐标系的坐标轴及其方向与数控机床坐标系是一致的，该坐标系的原点称为编程原点或工件原点。工件原点是编程人员为方便而选择工件上的某一已知点。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，一般情况下以坐标式尺寸标注的零件，编程原点应选在尺寸标注的基准点；对称零件或以同心圆为主的零件，编程原点应选在对称中心线或圆心上；Z轴的程序原点通常选在工件的上表面。

由于工件坐标系尤其是编程原点是编程人员随机确定的，为了使数控系统知道编程原点的位置，数控车床通常通过对刀的方法将编程原点与机床的坐标系原点相联系起来。

对刀点是零件程序加工的起始点，对刀的目的是确定工件原点在机床坐标系中的位置。对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标平移关系，可以通过CNC将相对于程序原点的任意点的坐标转换为相对于机床坐标系的坐标。

4.坐标系设定指令

坐标系设定指令是规定工件坐标系原点的指令。数控编程时坐标系设定指令用来确定刀具当前位置在工件坐标系中的坐标值。

不同的数控系统和不同的应用场合，所应用的指令也不同。如图2-4所示，若选工件右端面O点为坐标原点，则坐标系设定编程指令为G50/G92 X150 Z20，其中G50/G92为不同系统的坐标系设定指令，坐标（150，20）为刀具刀尖位置在编程者设定的坐标系中的坐标值。值得注意的是：X坐标值指直径值，有时由于系统的设定，也有可能是半径值。

图2-4 工件坐标系设定

G50/G92常用于单件、简单零件的加工工作。它具有简单快捷的特点，但如果调试、加工过程中出现问题，常需要重新对刀。对于批量、复杂零件的生产，G54～G59指令的应用具有更大的优越性。

G54～G59指令应用的一般要求：

1）机床返回参考点。

2）装夹、对刀，分别将对刀数据（刀尖位置坐标值）通过MDI方式等输入给数控系统。

3）在零件加工程序开始部分写上G54或G55等即可。

G54～G59指令的特点是只要刀具和工件定位夹紧后，调试程序非常方便，批量生产时也不用全部重新对刀。用G54～G59指令时要注意刚开始的起刀点与刀具第一次切入工件的位置，以防止出现过切现象。