如何确定数控机床的坐标系及运动方向？

数控机床坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定，我国机械工业部标准JB/T 3051—1999规定了坐标系及其运动方向，与国际标准等效。这样就给数控系统和数控机床的设计、使用、维修和程序编制带来了极大的便利。

1.数控机床坐标系的规定原则

（1）右手直角坐标系。标准的坐标系为右手直角坐标系（图8-19），它规定了X、Y、Z三坐标轴的关系：用右手的拇指、食指和中指分别代表X、Y、Z三轴，三个手指互相垂直，所指方向分别为X、Y、Z轴的正方向；围绕X、Y、Z各轴的回转分别用A、B、C表示，其正向用右手螺旋定则确定；与+X、+Y、+Z、…+C相反的方向用带“′”的+X′、+Y′、+Z′…+C′表示。

（2）刀具运动坐标与工件运动坐标。数控机床的坐标系是机床运动部件进给运动的坐标系。由于进给运动可以是刀具相对于工件的运动（车床），也可以是工件相对于刀具的运动（铣床），所以统一规定：用字母不带“′”的坐标表示刀具相对于“静止”工件而运动的刀具运动坐标；带“′”的坐标表示工件相对于“静止”刀具而运动的工件运动坐标。

（3）运动的正方向。运动的正方向是使刀具与工件之间距离增大的方向。

2.坐标轴确定的方法及步骤

（1）Z轴。一般主轴轴线为Z轴，取刀具远离工件方向为正向（+Z），如图8-20和图8-21所示。

图8-19　右手直角坐标系

图8-20　数控车床坐标系

图8-21　数控铣床坐标系

（a）立式；（b）卧式

当机床有几个主轴时，选一个垂直工件装夹面的主轴为Z轴。

当机床没有主轴时（如数控龙门刨床），用与装夹工件的工作台面相垂直的直线为Z轴。

若Z轴方向进给运动部件作为工作台，则用Z′表示，其正向与Z轴相反。

（2）X轴。X轴一般位于平行工件装卡面的水平面内。对于工件做回转切削运动的机床（如车、磨床），在水平面内取垂直于工件回转轴线（Z轴）的方向为X轴，刀具远离工件方向为正向，如图8-20所示。

对刀具做回转切削运动的机床（如铣床、镗床），当Z轴竖直（立式）时，人面对主轴，向右为正X方向，如图8-21（a）所示；当Z轴水平（卧式）时，则向左为正X方向，如图8-21（b）所示。

对于无主轴的机床（如刨床），则以切削方向为Z轴正向。若X方向进给运动部件是工作台，则用X′表示，其正向与X正向相反。

（3）Y轴。根据已确定的X、Y轴，按右手直角坐标系确定。同样，Y轴与Y′轴正向相反。

（4）A、B、C轴。此三轴为回转进给运动坐标。根据已确定的X、Y、Z轴，用右手螺旋法来确定，如图8-19所示。(https://www.xing528.com)

（5）附加坐标。若机床除有X、Y、Z（第一组）主要直线运动外，还有平行于它们的坐标运动，则分别命名为U、V、W（第二组）；若还有第三组运动，则分别命名为P、Q、R。若除了A、B、C（第一组）回转运动外，还有其他回转运动，则命名为D、E、F等。

3.数控机床的两种坐标系

数控机床坐标系包括机床坐标系和工件坐标系两种。

（1）机床坐标系。机床坐标系又称为机械坐标系，是机床运动部件的进给运动坐标系，其坐标轴及方向按标准规定。其坐标原点的位置则由各机床生产厂设定，称为机床原点（或零点）。

数控车床的机床坐标系（OXZ）的原点O，一般位于卡盘端面，或离爪端面一定距离处，或位于机床零点。

数控铣床的机床坐标系（OXYZ）的原点O，一般位于机床零点或机床移动部件其坐标轴正向的极限位置。

（2）工件坐标系。工件坐标系又称编程坐标系，供编程用。为使编程人员在不知道是“刀具移近工件还是工件移近刀具”的情况下，就可根据图纸确定机床加工过程，所以规定工件坐标是“刀具相对工件而运动”的刀具运动坐标系。

工件坐标系的原点，也称为工件零点或编程零点，其位置由编程者设定，一般设在工件的设计、工艺基准处，以便于尺寸计算。

4.绝对坐标与相对坐标

运动轨迹的坐标相对于起点计量的坐标系，称为相对坐标系（或增量坐标系）。所有坐标点的坐标值均从某一固定坐标原点计量的坐标系，称为绝对坐标系。

在图8-22中的A、B两点，若以绝对坐标计，则有XA=30，YA=35，XB=10，YB=15。

图8-22　绝对坐标与相对坐标

若以相对坐标计，则B点的坐标是在以A点为原点建立起来的坐标系内计量的，此时终点B的相对坐标为XB=-20，YB=-20，其中负号表示B点在X、Y轴的负向。

在编程时，可根据机床的坐标系，以编程方便（如根据图纸尺寸的标注方式）及加工精度要求选用坐标类型。