数控机床的坐标系

数控机床的坐标系

2.1 数控机床的坐标系

在编写数控加工程序过程中，为了确定刀具与工件的相对位置，必须通过机床参考点和坐标系描述刀具的运动轨迹。在国际ISO标准中，数控机床坐标轴和运动方向的设定均已标准化，我国机械工业部1982年颁布的JB3052-82标准与国际ISO标准等效。

2.1.1 坐标系及运动方向

1. 坐标系的确定原则

1）刀具相对于静止工件而运动的原则 这个原则规定不论数控机床是刀具运动还是工件运动，编程时均以刀具的运动轨迹来编写程序，这样可按零件图的加工轮廓直接确定数控机床的加工过程。

2）标准坐标系的规定 标准坐标系是一个直角坐标系，如图2-1-1（a）所示，按右手直角坐标系规定，右手的拇指、食指和中指分别代表X、Y、Z三根直角坐标轴的方向；如图2-1-1（b）所示，旋转方向按右手螺旋法则规定，四指顺着轴的旋转方向，拇指与坐标轴同方向为轴的正旋转，反之为轴的反旋转，图中A、B、C分别代表围绕X、Y、Z三根坐标轴的旋转方向。

图2-1-1 右手直角坐标系

3）坐标轴正负的规定 使刀具与工件之间距离增大的方向规定为轴的正方向，反之为轴的反方向。

2. 机床坐标轴的确定方法 Z轴表示传递切削动力的主轴，X轴平行于工件的装夹平面，一般取水平位置，根据右手直角坐标系的规定，确定了X和Z坐标轴的方向，自然能确定Y轴的方向。

1）车床坐标系

如图2-1-2所示，Z坐标轴与车床的主轴同轴线，刀具横向运动方向为X坐标轴的方向，旋转方向C表示主轴的正转。

图2-1-2车床坐标系

2）立式铣床坐标系

坐标轴反方向运动的极限位置的交点，即在此状态下的工作台左前角上。

图2-1-5 数控车床坐标系的原点

2） 工件坐标系 设定工件坐标系XpYpZp目的是为了编程方便。设置工件坐标系原点的原则尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。在数控车床中，如图2-1-6所示，原点Op点一般设定在工件的右端面与主轴轴线的交点上。在数控铣床中，如图2-1-7所示，Z轴的原点一般设定在工件的上表面，对于非对称工件，X、Y轴的原点一般设定在工件的左前角上；对于对称工件，X、Y轴的原点一般设定在工件对称轴的交点上。

数控机床的坐标系 机床坐标系的确定步骤及方法

在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，ISO和我国都拟定了命名的标准。 通过这一部分的学习，能够掌握机床坐标系、编程坐标系、加工坐标系的概念，具备实际动手设置机床加工坐标系的能力。

机床坐标系的确定步骤及方法:

（1）机床相对运动的规定

在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。

（2）机床坐标系的规定

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。

在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。

例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动，如下图所示。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。

图 立式数控铣床

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：

图 直角坐标系

1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，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坐标的正方向。

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，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,见上图。

（3）运动方向的规定

增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，如图所示为数控车床上两个运动的正方向。

图 机床运动的方向

一、基本坐标系

机床坐标轴：

为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命

名制定了统一的标准，规定直线进给坐标轴用X,Y,Z表示，称基本

坐标轴。X,Y,Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔法则确定，如下图

所示

图中大拇指指向X轴的正方向，

食指指向Y轴的正方向，

中指指向Z轴的正方向。

小结：机床坐标系坐标轴应遵循的原则

运动方向的确定

刀具相对与静止工件而运动的原则，且刀具远离工件

的方向为坐标轴正方向。则坐标系用加“’”的字母

表示，按相对运动关系，工件运动的正方向恰好与刀

具运动的正方向相反，则有：

•+X=-X′ +Y=-Y′ +Z=-Z′

•+A=-A′ +B=-B′ +C=-C′

确定机床坐标轴的正方向

坐标轴方向的确定

1、Z轴坐标的运动

一般取产生切削力的主轴轴线方向为Z轴方向

2、X轴坐标的运动

X轴一般位于平行于工件装夹面的水平面内，且垂直于Z轴，车床上是

对应刀架的径向移动方向。

3、Ｙ轴坐标的运动

Ｙ轴（车床上通常设为虚轴）于Ｘ轴和Ｚ轴一起构成遵循右手笛卡尔

坐标系。

确定机床坐

标系各坐标

轴的具体方

位的方法

二、坐标系的类型

1、机床坐标系

以机床原点为坐标原点建立起来的直角坐标系称为机床坐标系。

机床坐标系是机床固有的，它是制造和调整机床的基础，也是设

置工件坐标系的基础。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，一般情况下，不允许用户随意变

动。

机床坐标系刀具运动的参照坐标系

2、工件坐标系

工件坐标系也称编程坐标系，专供编程时使用，选择工件上的某

一已知点为原点，建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。，如下图

所示。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的坐标系所代替为

止。

工件坐标系

编制程序所用的参照坐标系

机床坐标系工件坐标系机床坐标系和工件坐标系的对比

三、各个基本点及关系

1、机床原点

机床坐标系的原点又称为机床原点或机床零点，这是一个固有的点，

通常有机床制造厂确定。它是数控车床进行加工运动的基准参考点。

数控机床车床原点的位置大多规定在主轴轴心线与装夹盘端面的交

数控机床坐标系 教 案

授课题目 数控机床坐标系 授课学时 1课时

授课形式 授课地点 授课班级 授课人

教学目标 1.了解数控机床坐标系的作用；

2.掌握坐标和运动方向的命名原则；

3掌握机床坐标系的规定

4.能够熟练应用右手笛卡尔直角坐标系定则；

5.掌握坐标轴及运动方向的确定。

教学重点 内容 教学方法

1.熟练应用右手笛卡尔直角坐标系定则；

2.掌握坐标轴及运动方向的确定。 讲授法、 小组讨论法、

演示法

教学难点 内容 教学方法

1.掌握坐标轴及运动方向的确定。 实习法

教学方法 讲授法、小组讨论法、演示法、实习法

教具 机床模型

教学手段 多媒体教学

时间分配 1．导入新课（9分钟）；

2．讲授新课（30分钟）；

3．小结 （5分钟）；

4．布置作业（1分钟）。

教学内容 教学活动形式 教 案

教

学

过

程

教

学

过

程

一、导入新课

提问：什么是坐标系？

为了说明质点的位置、运动的快慢、方向等，必须选取其坐标系。在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据，这就叫做“坐标”。在某一问题中规定坐标的方法，就是该问题所用的坐标系。坐标系的种类很多，常用的坐标系有：笛卡尔直角坐标系、平面极坐标系、柱面坐标系（或称柱坐标系）和球面坐标系(或称球坐标系)等。中学中常用的坐标系，为直角坐标系，或称为正交坐标系。

数控机床坐标系的作用

提问：在数控加工过程中，数控机床是通过什么来识别工件的加工位置的呢？

机床坐标系。

提问，学生回答，教师总结

为了准确的描述机床的运动，简化程序的编制方法及保证记录数据的互换性，目前国际上数控机床的坐标轴和运动方向均已实现标准化。掌握机床坐标系，是具备人工设置编程坐标系和机床加工坐标系的基础。

那我们应该如何去建立机床坐标系呢，怎样去判定机床的运动方向呢？带着这些问题，我们去学习今天的学习内容：数控机床坐标系。