坐标轴的运动方向及其作用

数控机床坐标系统是用来确定其刀具运动路径的依据，因此坐标系统对数控程序设计极为重要。为了简化数控程序编制，并使编制的程序对同类型机床有互换性，ISO标准和我国的JB/T 3051—1999机械行业标准统一规定数控机床坐标系各轴的名称及其正负方向。

1.标准坐标系及运动方向

1）机床相对运动的规定

无论机床在实际加工中是工件运动还是刀具运动，在确定编程坐标时，均看作工件静止，刀具相对工件运动。这样编程人员在编程时可以不用考虑机床加工零件时，是工件相对刀具移动，还是刀具相对工件移动的情况下，就可以依据零件图样编程。

2）机床坐标系的规定

为了确定机床的运动方向和移动距离，需要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就是机床坐标系。数控机床的标准坐标系采用右手直角笛卡儿坐标系。如图3-2所示。坐标系三坐标轴x、y、z的相互关系用右手直角笛卡儿坐标系决定：

（1）伸出右手的大拇指、食指、中指，并互为90°。则大拇指代表x坐标，食指代表y标，中指代表z坐标。

（2）大拇指的指向为x坐标的正方向，食指的指向为y坐标的正方向，中指的指向为z标的正方向。

图3-2　右手直角笛卡儿坐标系

（3）围绕x、y、z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则判断，大拇指的指向为x、y、z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。

如果数控机床的运动多于x、y、z三个坐标，则用附加坐标轴U、V、W分别表示平行于x、y、z三个坐标轴的第二组直线运动；若还有平行于x、y、z轴的第三组直线运动，则附加坐标轴可分别指定为P、Q及R轴。如果在x、y、z三个坐标轴主要直线运动之外存在不平行或可以不行x、y、z轴的直线运动，也可相应地指定附加坐标轴U、V、W或P、Q及R。如果在第一组回转运动A、B、C之外还有平行或可以不平行A、B、C的第二组回转运动，可分别指定D、E及F。然而，就大部分数控机床加工的动作而言，只需三个直线坐标轴及一个旋转轴便可完成大部分零件的数控加工。常见的数控机床及其坐标系如图3-3所示。

图3-3　常见的数控机床及其坐标系

3）运动方向的规定(www.xing528.com)

标准规定增大刀具与工件之间距离的方向即为各坐标轴的正方向。

2.坐标轴及方向的确定

1）z坐标的运动

机床主轴是传递主要切削动力的轴，可以表现为加工过程带动刀具旋转，也可表现工件旋转。例如卧式或立式数控车床、数控外圆磨床是主轴带动工件旋转，而数控镗铣床、数控钻床、数控攻螺纹机等则是主轴带动刀具旋转。标准规定z坐标的运动，是由传递切削动力的主轴所决定，远离工件的刀具运动方向为z坐标正方向（＋z）。

当机床有几个主轴时，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为z坐标；如果机床没有主轴，例如图3-3（e）所示的数控悬臂刨床，则选垂直于工件装夹平面的方向为z坐标；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为z坐标。

2）x坐标的运动

x坐标是水平的，它平行于工件的装夹平面。在确定x轴的方向时，要考虑以下情况：

（1）如果工件做旋转运动（如数控车床、数控磨床等），则刀具离开工件的方向为x轴的正方向，如图3-3（a）、（c）所示。

（2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：z坐标水平时（如数控铣床、镗床），观察者沿刀具主轴向工件看，＋x运动方向指向右方，如图3-3（f）所示；z坐标垂直时（如立式升降台数控铣床），观察者面对刀具主轴向立柱看时，＋x运动方向指向右方，如图3-3（b）所示。

（3）在没有旋转刀具或旋转工件的机床上（如数控悬臂刨床），x坐标平行于主要的切削方向，且以该方向为正方向，如图3-3（e）所示。

3）y坐标的运动

＋y的运动方向，可根据x坐标和z坐标的运动方向，利用右手直角笛卡儿坐标系统来确定，如图3-3所示。