如何设置数控铣床工件的坐标系？

项目概述

本项目内容是数控铣工操作者必须掌握的基本操作技能。建立数控机床坐标系是编制数控加工程序前的必要工作，不建立坐标系，数控机床将无法实现加工，且坐标系建立得是否恰当与正确，将直接影响程序编制的效率高低与基准点计算的方便与否。因此，作为一名合格的数控铣床操作者，应当根据不同的工件和毛坯快速地建立准确的工件坐标系，这样会对后续的加工起到事半功倍的效果。本项目最终目标是使学生熟练掌握数控铣床工件坐标系的设定过程，完全自主地实现手动对刀，灵活运用所学知识，达到独自完成作业的能力。

项目目标

1.掌握右手直角笛卡尔坐标系。

2.掌握右手螺旋法则。

3.掌握判定数控铣床坐标系的方法。

4.了解对刀时所用的辅助设备。

5.掌握数控铣床的对刀方法及验证方法。

知识链接

一、项目描述

通过本项目的操作练习，学生应该能熟练、准确地完成试切对刀操作。在数控铣床上设置出图2-2-1所示零件的G54工件坐标系。

图2-2-1

二、相关知识

1.数控铣床坐标系

在数控机床上，为确定机床运动的方向和距离，必须要有一个坐标系才能实现，我们把这种机床固有的坐标系称为机床坐标系。该坐标系的建立必须依据一定的原则。

（1）机床坐标系的确定原则

假定刀具相对于静止的工件而运动的原则。这个原则规定，不论数控铣床是刀具运动还是工件运动，均以刀具的运动为准，工件看成静止不动。这样可按零件图轮廓直接确定数控铣床刀具的加工运动轨迹。

采用右手直角笛卡尔坐标系原则。如图2-2-2所示，张开食指、中指与拇指且相互垂直，中指指向+Z轴，拇指指向+X轴，食指指向+Y轴。坐标轴的正方向规定为增大工件与刀具之间距离的方向。旋转坐标轴A、B、C的正方向根据右手螺旋法则确定。

图2-2-2　右手笛卡尔守则

机床坐标轴的确定方法。Z坐标轴的运动由传递切削动力的主轴所决定，对于铣床，Z坐标轴是带动刀具旋转的主轴；X坐标轴一般是水平方向，它垂直于Z轴且平行于工件的装夹平面，最后根据右手直角笛卡尔坐标系判别Y轴的方向。

（2）数控铣床机床坐标系

立式铣床铣床坐标系如图2-2-3所示。Z坐标轴与立式铣床的主轴同轴，向上远离工件为正方向。站在工作台前，面对主轴，主轴向右移动方向为X坐标轴的正方向；Y坐标轴的正方向为主轴远离操作者方向。

图2-2-3　立式铣床铣床坐标系

（3）机床原点、机床参考点

机床原点。即数控机床坐标系的原点，又称机床零点，是数控机床上设置的一个固定点。它在机床装配、调试时就已设置好，一般情况下不允许用户进行更改。数控机床原点又是数控机床进行加工运动的基准参考点，一般设置在远离工件的极限位，即各坐标轴正方向的极限点处。

机床参考点。该点在机床制造厂出厂时已经调好，并将数据输入到数控系统中。对于大多数数控机床，开机时必须首先进行返回机床参考点操作，以确认机床参考点。回参考点的目的就是为了建立数控机床坐标系，并确定机床坐标系的原点。只有机床回参考点以后，机床坐标系才能建立起来，刀具移动才有了依据，否则不仅加工无基准，还会发生碰撞等事故。机床参考点位置在机床原点处，故回机床参考点的操作可以称为回机床零点操作，简称“回零”。

2.数控铣床工件坐标系及原点的选择

（1）工件坐标系的概念

工件坐标系又称编程坐标系，是编程人员为方便编写数控程序而人为建立的坐标系，一般建立在工件中心上表面。

（2）工件坐标系的建立原则

为编程方便，工件坐标系建立有一定的准则，否则无法编写数控加工程序或编写的数控程序无法加工，具体有以下两个方面：

①工件坐标系方向的选择。工件坐标系的方向必须与所采用的数控机床坐标系相一致。

②工件坐标系原点位置的选择。工件坐标系的原点又称为工件零点或编程零点，理论上编程原点的位置可以任意设定，但为方便求解工件轮廓上坐标点，使用基点坐标进行编程。

3.在数控铣床上对刀，设置工件原点的方法

对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置，是数控加工中最重要的操作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。对刀可以采用铣刀接触工件或通过量块接触工件对刀，但精度较低。加工中常用寻边器和Z向设定仪对刀，效率高，能保证对刀精度。对刀操作分为X、Y向对刀和Z向对刀。

（1）X、Y向对刀

①X向的对刀过程。将机床调整到手轮模式下，使寻边器与工件X正方向接触，然后在机床面板相对方式下将X值归零，再将寻边器与X负方向接触，在机床面板相对坐标系下将数值中分，再将寻边器移至零位，在G54坐标系中测量出X数值。

②Y向的对刀过程。与X向对刀相同，最终找出工件原点在机床坐标系下的Y坐标值。

（2）Z向对刀

Z向对刀操作有两种方法，一种方法是用刀具刃端直接轻碰工件，另一种方法是利用Z向对刀仪精确设定Z向零点位置。Z向对刀仪是将Z向零点设定在工件上表面的对刀工具。

任务实施

【实施准备】

在进行对刀操作时，我们必须根据工件加工精度要求来选择合适的对刀工具。(www.xing528.com)

1.精度要求不高工件的对刀方式

对于精度要求不高的工件，常用立铣刀或键槽铣刀来实现。

（1）立铣刀、键槽铣刀的种类和用途

①立铣刀（3～5齿）：精铣轮廓、凹槽等表面，一般不能沿垂直铣刀轴线方向进给加工。

②二齿键槽铣刀：粗铣轮廓、凹槽等表面，可沿垂直铣刀轴线方向进给加工（垂直下刀）。

（2）数控刀柄、平口钳、卸刀座等装夹设备

数控铣床实用的刀具通过刀柄与主轴相连，刀柄通过拉钉紧固在主轴上，由刀柄夹持铣刀传递转速，刀柄与主轴通过锥面配合。

①数控铣刀刀柄：弹簧夹头刀柄，莫氏锥度刀柄。

②卸刀座：卸刀座是用于在铣刀柄上装卸铣刀的装置。

③平口钳：平口钳用于装夹工件，并用螺钉固定在铣床工作台上。

2.精度要求较高工件的对刀方式

对于精度要求较高的工件，常用弹簧寻边器找出工件原点在机床坐标系下的X、Y值。

3.精度要求很高工件的对刀方式

对于精度要求很高的工件，常用对刀仪找出工件原点在机床坐标系下的Z值。

【操作过程】

1.开机、回参考点

（1）数控铣床开机操作：

接通数控铣床电源，打开机床电源开关，按下数控系统电源按钮。

（2）回参考点操作：

①按“回参考点”REF键，按住X、Y、Z方向键，即可回参考点。

②在“回参考点”界面中可观察是否已回参考点。

机械坐标系坐标为0时，表明坐标轴已回到参考点，如X、Y轴。机械坐标系坐标不为0时，表明坐标轴尚未回到参考点，如X轴。

2.手动操作

（1）坐标轴控制：

①按下JOG键，选择手动模式，按住方向键+X、+Y、+Z或-X、-Y、-Z，可以移动单轴、两轴或多轴，移动速度由进给旋钮控制。

②如果同时按下快速移动键和相应的坐标轴键，则坐标轴以快进速度运行。

③按下JOG键，选择手动工作模式，再按下手轮模式键，可实现手持操作器控制各坐标轴增量移动，增量值大小由手轮倍率按钮控制。

④按下INC键，选择增量模式，按下方向键+X、+Y、+Z或-X、-Y、-Z，可使坐标轴以增量方式运行，增量大小由倍率确定。

3.工件装夹、刀具装夹练习

（1）工件装夹训练

①将0～150 mm平口钳放置在铣床工作台上，并用T形螺钉将其固定在工作台上，找正平口钳位置的操作步骤如下：

松开平口钳旋转部位螺钉、将百分表座吸附定在机床主轴上，百分表测量头接触平口钳钳口，手动沿X方向往复移动工作台。观察百分表指针，校正钳口对X轴方向的平行度，百分表指针变化范圈不超过0.02 mm，拧紧旋转部位螺钉。

②将工件装夹在平口钳上，工件下用垫铁支承，使工件高于钳口10 mm左右，工件放置平稳并夹紧。

（2）刀具装夹训练

选φ10 mm键槽铣刀（或立铣刀），9～10mm弹簧夹头，把刀柄放置在卸刀座上，通过弹簧夹头把键槽铣刀（或立铣刀）装夹到铣刀刀柄中并夹紧，再把刀柄装夹到机床主轴中，加工结束，把刀柄从铣床主轴上卸下，再放到卸刀座上，拆下铣刀及弹簧夹头。

4.试切削训练

（1）按下JOC键，选择手动工作模式，按主轴正转键，使主轴正转。

（2）按下相应的方向键，使铣刀接近工件上表面任意一角，距离为2～5mm。

（3）调小进给速度，进给倍率一般选2%～4%，按下-Z键，使刀具试切到工件上表面。

（4）移动X或Y坐标，使刀具离开工件。

（5）Z坐标向下移动约1～3 mm。

（6）调节进给速度旋钮，选择30～60 mm/min的进给速度，依次按下+X、+Y方向键，移动X、Y坐标，完成工件上表面的试切削。

思考练习

1.什么是工件坐标系？

2.简述FANUC系统对刀步骤。