数控机床的坐标系与设定方式

1.机床坐标系、机床原点、机床参考点

（1）机床坐标系

机床坐标系是以机床原点O为坐标系原点并遵循右手笛卡儿直角坐标系建立的由X、Y、Z 轴组成的直角坐标系。机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。

图3-2-5（a）所示为立式数控铣床的机床坐标系，图3-2-5（b）所示为卧式数控铣床的机床坐标系。

图3-2-5　数控铣床的机床坐标系

（a）立式数控铣床的机床坐标系；（b）卧式数控铣床的机床坐标系

通常数控车床中，根据刀架相对工件的位置，其机床坐标系可分为前置刀架（上位刀架）和后置刀架（下位刀架）两种形式，图3-2-6（a）所示为普通数控车床的机床坐标系（前置刀架式），图3-2-6（b）所示为带卧式刀塔的数控车床的机床坐标系（后置刀架式）。前、后置刀架式数控车床的机床坐标系中，X 轴的方向正好相反，而Z 轴的方向是相同的。

图3-2-6　数控车床的机床坐标系

（a）前置刀架式；（b）后置刀架式

（2）机床原点

数控机床上有一个基准位置称为机床原点或机械原点，机床原点位置由机床设计和制作单位确定，通常不允许用户改变，它是制造和调整机床的基础。

（3）机床参考点

机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，是用于对机床运动进行检测和控制的点，大多数机床将刀具沿其坐标轴正向运动的极限点作为参考点，其位置用机械行程挡块来确定。参考点位置在机床出厂时已调整好，一般不作变动，必要时可通过设定参数或改变机床上各挡块的位置来调整。机床坐标系是通过回参考点操作来确定的。

数控铣床的机床原点一般都设在机床参考点上，如图3-2-7 所示。数控铣床的机床参考点是用于对机床工作台（或滑板）与刀具相对运动的测量系统进行定位与控制的点，一般都是设定在各轴正向行程极限点的位置上。该位置是在每个轴上用挡块和限位开关精确地预先调整好的，它相对于机床原点的坐标是一个已知数，一个固定值。

数控车床的机床原点可以位于卡盘端面与主轴中心线的交点处，即卡盘中心，如图3-2-8（a）所示，也可与机床参考点重合如图3-2-8（b）所示。

图3-2-7　数控铣床的机床原点

图3-2-8　数控车床的机床原点

（a）机床原点位于卡盘中心；（b）机床原点与机床参考点重合

（4）机床坐标系的建立

通常在数控机床启动时，要进行机动或手动回参考点操作。对于将机床原点设在机床参考点上的数控机床，机床参考点在机床坐标系中的各坐标值均为0，由此通常把回参考点的操作称为“机械回零”。回参考点除了用于建立机床坐标系外，还可用于消除漂移、变形等引起的误差，机床使用一段时间后，工作台会造成一些漂移，使加工有误差，进行回参考点操作就可以使机床的工作台回到准确位置，消除误差。所以在机床加工前也需进行回机床参考点的操作。

2.工件坐标系、编程原点

（1）工件坐标系(www.xing528.com)

编程人员在编程时根据零件图样及加工工艺设定的坐标系称为工件坐标系，也称为编程坐标系。图3-2-9（a）所示为数控铣床上的工件坐标系，图3-2-9（b）所示为数控车床上的工件坐标系。编程人员根据工件坐标系编程，编程时不必考虑工件在机床中的实际装夹位置，但工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向一致。

（2）编程原点

工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点。编程原点由编程人员综合考虑编程计算、机床调整、刀具和毛坯情况来确定，一般为零件图样上最重要的设计基准点，在图中用符号表示。

编程原点在工件上的位置虽可由编程员任意选择，但一般应遵循下列原则：

图3-2-9　工件坐标系与机床坐标系的位置关系

（a）数控铣床上的工件坐标系；（b）数控车床上的工件坐标系

①应尽量选在工件的设计基准或工艺基准上；

②应尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上；

③要便于测量和检验；

④最好选在工件的对称中心上。

车削加工的编程原点一般选在主轴中心线与工件右端面（或左端面）的交点处，如图3-2-10 所示。铣削加工时，X、Y 轴方向的工件原点一般选在进给方向一侧工件外轮廓表面的某个角上或对称中心上，如图3-2-11 所示；Z 轴方向的工件原点，一般设在工件顶面。

图3-2-10　车削加工的编程原点

图3-2-11　铣削加工的编程原点

3.加工坐标系、加工原点

加工坐标系是指确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指工件被装夹好后相应的编程原点在机床坐标系中的位置。在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据工件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。对于加工人员来说，则应在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定（即给出原点设定值），设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的，这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置加工。

数控机床上可通过两种方法设定加工坐标系。

（1）通过G54～G59 设定加工坐标系

通过G54～G59 所设定的坐标系必须在程序中体现。G54 对应一号工件坐标系，其余的以此类推。可在MDI （Manual Data Input）方式的参数设置页面中设定加工坐标系。

（2）通过G92 设定加工坐标系

在程序中出现G92 程序段时，即通过刀具当前所在位置（刀具起始点）来设定加工坐标系。表3-2-1为各类原点、坐标系，以及它们的作用。

表3-2-1　数控机床上各类原点、坐标系及作用