数控机床：理解坐标系

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）以及运动范围（如行程范围）等而建立的几何坐标系。目前我国执行的JB/T 3051—1999《数控机床坐标和运动方向的命名》数控标准与国标上统一的标准ISO841等效，具体规定如下：

（1）标准的坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，如图1-7所示。

图1-7　右手直角笛卡尔坐标系

（2）假定刀具相对于静止的工件而运动，当工件运动时，即在坐标轴符号上加“＇”表示。

（3）刀具远离工件的运动方向为坐标的正方向。

（4）围绕X、Y、Z各轴的回转运动的正方向+A、+B、+C用右手螺旋法则判定。

1．机床坐标系的规定

图1-8和图1-9分别表示了卧式车床、立式铣床坐标系，其坐标和方向是根据以下规则确定的。

图1-8　卧式车床坐标系

卧式车床坐标系动画

图1-9　立式铣床坐标系

立式铣床坐标系动画

1）Z坐标轴

在机床坐标系中，规定传递切削动力的主轴轴线为Z坐标轴，取刀具远离工件的方向为正方向（+Z）。对于没有主轴的机床（如数控龙门铣床），则规定Z坐标轴垂直于工件装夹面方向。若机床上有多个主轴，则选一垂直于工件装夹面的主轴作为主要的主轴。当主轴始终平行于标准坐标系的一个坐标时，该坐标即为Z坐标，且向里为正方向（面对工作台的平行移动方向），如卧式铣床的水平主轴。

2）X坐标轴

X坐标轴为水平方向轴，它平行于工件的装夹面，且垂直于Z轴。对于工件旋转运动的机床（如车床、磨床等），X坐标在工件的径向上平行于横向滑座，且刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正向。对于刀具旋转运动的机床（如铣床、镗床），当Z轴为水平（卧式）时，沿刀具主轴后端向工件方向看，向右方向为X轴的正向；当Z轴为垂直（立式）主轴时，对单立柱机床，面对刀具主轴向立柱方向看，向右方向为X轴的正向。对刀具或工件均不旋转的机床（如刨床），X坐标平行于主要切削方向，并以该方向为正方向。

3）Y坐标轴

Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y轴的正方向根据X和Z轴的正方向按照右手直角笛卡尔坐标系来判断。

4）旋转坐标轴

围绕X、Y、Z坐标轴旋转的运动，分别用A、B、C表示，其轴线平行于X、Y、Z坐标轴，它们的正方向用右手螺旋法则判定。(www.xing528.com)

5）附加轴

如果在X、Y、Z主要坐标轴以外，还有平行于它们的坐标轴，则可分别指定第二组U、V、W坐标轴，第三组P、Q、R坐标轴。

常见类型数控机床的坐标系如图1-10～图1-13所示。

图1-10　三轴卧式数控铣床

三轴卧式数控铣床动画

图1-11　四轴数控铣床

四轴数控铣床动画

图1-12　立式五轴数控铣床

立式五轴数控铣床动画

图1-13　卧式五轴数控铣床

卧式五轴数控铣床动画

2．机床坐标系的确定方法

1）机床坐标轴的确定方法

（1）坐标轴的确定方法。一般先确定Z坐标轴，因为它是传递切削动力的主要轴或方向，再按规定确定其X坐标轴，最后用右手定则确定Y坐标轴。

（2）机床坐标系的原点。机床的坐标原点又称机床零位或机床零点，它是机床上设置的一个固定点。该点在数控机床装配和调试时就已经设定，是机床运动的基准点。对于数控车床，机床原点取在机床主轴端面和主轴中心线的交点处；而对于数控铣床和加工中心，一般取在X、Y、Z三个坐标轴正方向的极限位置上。

2）机床坐标系原点的用途

机床坐标系原点用于数控系统某些功能的启动，如螺纹插补功能及各坐标软限位的设定；还用于加工程序编制时选择工件坐标系相对机床坐标系原点的位置等，在机床设计中常用作换刀位置。