数控车床加工之工件坐标系的研究
数控车床铣床通过对刀设置加工坐标系
• Y坐标设定值：Y= Y＝Y1＋Φ/2＋δ＋Y0 =-298.160+5+0.1+46.5= -246.46mm。
注：如图3所示，-298.160mm为坐标显示值；+5mm为测量 棒半径值；+0.1mm为塞尺厚度；+46.5为编程原点到工件 定位基准面在Y坐标方向的距离。
• 试切对刀步骤： 1.确定编程原点； 2.主轴正转； 3.移动刀具试切右端面；记录下当前位置的机床坐标值
Z-200； 4.试切外圆，记录下当前位置的机床坐标值X-70，沿Z向退
刀，主轴停，测量被试切的工件直径为60mm。
程序头用G54建立工件坐标系，如何设置？
• 进入G54界面，输入编程原点的机床坐标值： X-130， Z-200。
X= -(130-80）= -50，Z= -（200-100）= -100。
3.若加工前机床回零，程序用G50 X？ Z？建立工件坐标系？
答：G50 X130 Z200；即参考点作为起刀点在（130，200）处。
数控车床上用G54设置工件坐标系
• 例如：在华中系统数控车床上用G54设置加工原点。
• 回参考点的操作（“回零”操作），也就是使刀具或工作台退回到机 床参考点。此时，机床显示器上将显示出机床参考点在机床坐标系中 的坐标值，就相当于在数控系统内部建立了一个以机床原点为坐标原 点中的，机用床户坐无标权系修。改如。上图所示，XR，ZR，该坐标值已存入数控系统
• 只有机床参考点被确认后，机床原点才被确认，刀具（或工作台）移 动才有基准。
• 将前面已测得的各项数据,按设定要求运算。 • X坐标设定值：X= X1＋Φ/2＋δ＋X0
= - 437.726+5+0.1+40= -392.626mm。 注: - 437.726mm为X坐标显示值；
数控车床加工之工件坐标系的研究
计算 ， 自动将 结果存 入数控 系统相应 的单元 中， 从而建 立工件 坐标系 ， 并 同时 设定刀具位 置补 偿值 。用 对刀仪 对刀操作 后 ， 操 作者方可 使用 该刀
科 学 发 展
撤跨 蛄
数控车床 加 工之 工件 坐标 系 的研究
贺 占红 李 毅ｚ
摘
（ １ ． 新 乡职业技术学 院，新乡 ４ ５ ３ ０ ０ ０ ２ ． 河南经 济贸易高级技 工学校，新 乡 ４ ５ ３ ０ ０ ０ ） 要： 数控机床加工时很少直接 在机床 坐标系 中编程和加 工， 而是直接根据零件 图进行编程 。为了简化 工艺和编程 选择合理的工件坐标系 显得尤
３ 、选 择和建立 合理 的工件坐 标系还 应根据 工件 的批量 及机床 的情 况等等来 综合考虑 ， ， 切忌不 可盲 目的教 条主义 。■
参 考 文 献 ［ １ ］ 魏杰 《 数控 机床编程 与操作》 电子工业 出版社２ ０ １ ２ — ０ ７
１ 、在 实际 的数 控加工 中工件 坐标系 原点 的选择 时应尽 量与零 件 图 样 的设计基 准或 工艺 基准 重合 ，工 件坐 标系 原点应 尽量 选在 尺寸 精度 高、 表 面粗糙 度值低 的工件 表面上 ， 便于进 行加工 点坐标值 的计算 ， 并尽 可能避 免由此而产 生的误差 ，在机床上 容易确 定工件坐标 系在机 床坐标 系中 的位 置 ， 并便 于加工和测 量检验 。 ２ 、 在 一般 的数控加 工中通 常要用试切 对刀法 来建 立工件 坐标 系， 因 为试切对 刀法的步 骤简便灵活 ， 且相对加 工成本较低 。
数控车床中机床坐标系-机床参考点与工件坐标系的关系
数控车床中机床坐标系\机床参考点与工件坐标系的关系[摘要] 我们可以把数控车床分为三大模块，一是数控系统（软件），二是车床本体（硬件），三是被加工工件（浮动件），它们分别有三个坐标系，编程坐标系、机床坐标系和工件坐标系。
[关键词] 机床坐标系机床参考点工件坐标系之间的关系在多年的数控编程理论和实践教学中，笔者发现，许多学生只注重数控编程的学习，而对坐标系的设置只是机械的照搬，对各坐标系的原理和它们之间的关系却不求甚解，虽然经常强调，但在思想上还是引不起足够的重视，致使在实际使用的时候不知所措。
那么什么是机床坐标系？什么是机床原点？什么是机床参考点？它们与设置工件坐标系又有什么关系呢？机床原点为机床上的一个固定点，也称机床零点或机床零位。
是机床制造厂家设置在机床上的一个物理位置，在数控车床上，一般设在主轴旋转中心与卡盘后端面之交点处。
以机床原点为坐标系原点在水平面内沿直径方向和主轴中心线方向建立起来的Ｘ、Ｚ轴直角坐标系，成为机床坐标系。
建立机床坐标系，其目的（功能）有三：一、机床坐标系是制造和调整机床的基础不论是普通车床还是数控车床，在车床硬件组装和调试时，都必须首先建立一个工艺点（或坐标系），以此为基准来调整和修调一些工艺尺寸诸如机床导轨与主轴轴线的平行度、导轨与主轴的高度、尾座顶尖与主轴是否等高、主轴的径向跳动量、轴向窜动量等等。
这是一个固定点，这个工艺点一旦确定，一般不允许随意变动。
二、建立机床与数控系统的位置关系我们可以把数控车床分为三大模块，一是数控系统（软件），二是车床本体（硬件），三是被加工工件（浮动件）它们分别有三个坐标系，即程序坐标系、机床坐标系和工件坐标系。
数控机床上电后，三个坐标系并没有直接的联系，因此每次开机后无论刀架停留在机床坐标系中的任何位置，系统都把当前位置认定为(0，0)，这样会造成坐标系基准的不统一，数控车床一般采用手动或自动方式让机床回零点的办法来解决这一问题。
CNC机床坐标系的确定及工件坐标系
CNC机床坐标系的规定及工件坐标系1进给运动与坐标系数控加工必须准确描述进给运动。
加工过程中，刀具相对工件运动轨迹和位置决定了零件加工的尺寸、形状。
数控加工就是让数控机床按照数控程序所描述的刀具相对工件运动的轨迹进行切削运动，从而加工出零件的表面形状。
把刀具相对工件的进给运动轨迹简称刀轨，数控机床必须确切知道刀轨，编程人员必须准确描述表达刀轨。
刀轨一般由直线段或圆弧段组成，线段起点、终点、交点、切点的位置是表达刀轨的最主要信息。
数学中，点位可以在坐标系里定义为坐标值。
如果在数控机床上规定建立一个笛卡儿直角坐标系的数控机床坐标系，就可以方便地在机床或在工件的图样上描述刀轨。
CNC编程中，使用数字来“翻译”图纸，将图纸的尺寸变成刀轨。
国际数控标准I S0841规定数控机床标准坐标系采用右手笛卡儿坐标系，如图1所示，用右手笛卡儿坐标系来规定数控机床标准坐标系。
图1右手笛卡儿坐标系规定数控机床标准坐标系2机床标准坐标系规定1.机床坐标系基本规定⑴刀具相对工件运动的原则编程人员编程时可以假定机床加工时工件是静止的。
如果能假定刀具是相对于静止的工件进行进给运动，那么，编程人员可以不必考虑具体机床在加工时是刀具移向工件，还是工件移向刀具，可直接依据零件图样，确定机床加工过程及编程。
⑵机床进给运动的名称、方向规定机床进给运动的坐标轴向用X、Y、Z表示。
表示机床进给运动的坐标系中，X，Y，Z轴向的关系符合右手直角笛卡儿坐标系规则，用右手的拇指、食指和中指分别代表X，Y，Z三轴，三个手指互相垂直，所指方向分别为X，Y，Z轴的正方向。
如图1。
围绕平行X、Y、Z旋转坐标轴的圆周进给坐标轴分别用A，B，C表示。
数控车床坐标系
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。
刀具运动的参照坐标系机床坐标系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和工件坐标系的对比工件坐标系机床坐标系三、各个基本点及关系画龙点睛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。
浅谈数控机床坐标系与工件坐标系的建立
Ｇ ５ ５ ……， 一输人工件坐标系原点在机床坐标 系中的 坐标 “ ｘ、 Ｙ、 ｚ ” 一ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ 。但 此 时 ， 刀具 并不 移 动 ， 执行 该命 令 的结果 是 将工 件 系坐标 （ Ｇ ５ ４～Ｇ ５ ９ ） 的原 点记 录在 数 控 系统 ，在 执行 程 序段 “ Ｇ ５ ４ （ 或 Ｇ ５ ５ 、 Ｇ ５ ６ 、 Ｇ ５ ９ ） Ｇ ０ ０ Ｘ…Ｙ Ｚ ” 时， 才将刀具移动到 Ｇ ５ ４ （ 或 Ｇ ５ ５ 、 Ｇ ５ ６ 、 … …、 Ｇ ５ ９ ） 设 定 的起 刀 点 。
… …
、
时， 就同时记录下起刀点在工件坐标系和机床坐标系 中的坐标 ， 并 按下式 换算 出工 件 坐标 系原点 的位 置 。 例： 如图 ３ ， 编程 原 点分 别选 在 工 件右 端 面 、 卡盘 左、 右端 面 时 ， 编 程原 点 程序 分别 如下 ：
Ｇ５０ Ｘ１ ０ ０ ｚ ｌ ０ ０； Ｇ５０ Ｘ１ ０ ０ ｚ ２０ ８； Ｇ５ ０ Ｘ１ ０ ０ ｚ１ ７ ０
《 装备制造技术） ） ２ ０ １ ３ 年第 ５ 期
来说 ， 不用考 虑编程 原点 的选择 ， 但 要知道 编程原点 的 位置 ， 将 编程原 点用对 刀方 法转换为 加工原 点 ， 计 录下 加 工原 点位 置数据 ， 并 设定在 数控 系统 中。 这 样数控 机
机 ｌ 【 ０ 』 Ｉ
Ｇ ９ ２指令 的格 式 为 ： Ｇ ９ ２Ｘ …Ｙ Ｚ 。其 中 ， ｘ、 Ｙ、 ｚ后 面 的数 值表 示起 刀点 在工 件坐标 系 中的坐标 。采 用Ｇ ９ ２指令 建 立 工件 坐标 系 ， 在 运 行程 序 之前 ， 必 须 将 刀具 移 动 到起 刀 点上 ，当数 控பைடு நூலகம்系 统执 行 Ｇ ９ ２指令
数控车床坐标系与工件坐标系的关系
1. 数控车床坐标系数控车床坐标系是数控车床上固有的坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具（刀架）位置的参考系，其建立在数控车床原点上。
数控车床坐标系各坐标和运动正方向按前述标准坐标系规定设定。
2. 数控车床原点数控车床都有有一个基准位置，称为机床原点，是数控车床制造商设定在数控车床上的一个物理位置，其作用是使数控车床与控制系统同步，建立测量数控车床运动坐标的起始点。
数控车床上有一些固定的基准线，如主轴中心线；还有固定的基准面。
数控车床原点一般设在主轴位于正极限位置时的基准点上，当数控车床的坐标轴手动返回各自的零点以后，用各坐标轴部件上基准线和基准面之间的给定距离来决定数控车床原点位置。
3. 数控车床参考点与数控车床原点相对应的还有一个机床参考点，它也是数控车床上的一个固定点，通常不同于数控车床原点，为了在数控车床工作时建立机床坐标系，要通过参数精确测量来确定。
一般，数控车床工作前，必须先进行回参考点动作，各坐标轴回零，才可以建立数控车床作坐标系。
参考点的位置可以通过调整机械挡块的位置来改变，改变后必须重新精确测量并修改车床参数。
4. 工件坐标系编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系，在进行数控编程时，首先要根据被加工零件的形状特点和尺寸，在零件图样上建立工件坐标系，使零件上的所有几何元素都有确定的位置，同时也决定了在数控加工时，零件在数控车床上的安放方向。
工件坐标系的建立，包括坐标原点的选择和坐标轴的确定。
5. 工件坐标系原点工件坐标系原点也称为工件原点或编程原点，一般用G92或G54~G59指令指定。
编程原点是由编程人员根据编程计算方便性、数控车床调整方便性、对刀方便性、在毛柸上位置确定的方便性等具体情况定义在工件上的几何基准点，一般为零件图上最重要的设计基准点。
不按成人员以零件图上的某一固定点为原点建立工件坐标系，编程尺寸均按工件坐标系中的尺寸给定，编程按工件坐标系进行。
数控加工中的坐标系和坐标原点
编程坐标系及其原点
确定编程坐标系的原则: 编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上 编程原点应使编程中的数值计算简单。
12
设置工件坐标系原点
什么是设置工件坐标系原点？
所谓设置工件坐标系原点，就是将工件坐标原点 与机床坐标原点的偏置距离告诉数控系统——设 置在加工程序中或数控机床的数控系统中。
规定：增大刀具与工件之间距离的方向为机床坐 标系的正方向，也即是机床运动的正方向。
3
机床坐标系的规定3
机床坐标系的确定顺序：Z—X—Y
z轴坐标：标准规定： Z坐标∥主轴轴线。 若 没有主轴(牛头刨床) ， 则选择垂直于工件装 夹面的方向为Z坐标。 Z坐标正方向的规定： 刀具远离工件的方向。
4
机床坐标系的规定3
Y
Y
O工
X
工件原点偏置
X
O机
13
设置工件坐标系原点
为什么要设置工件坐标系原点？ 数控加工程序是按工件坐标系来编程的，而 数控机床是按机床坐标系运动的，为使工件 坐标系的数据转换为机床坐标系的数据，须 将工件坐标系原点和机床坐标系原点的偏移 距离告诉数控系统，机床才能运动到正确的 位置 。
如何获得偏置距离？
如何设置工件坐标系原点？
14
机床坐标原点与工件坐标原点 的偏置关系图例1
15
x轴坐标：
x轴坐标规定平行于工件装夹表面，为水平方向且垂 直于Z轴 对于工件旋转的机床（车床、磨床），取横向离开 工件旋转中心的方向为x轴的正方向。 对于刀具旋转的机床（铣床、钻床、镗床），当机 床是立式的，从刀具主轴向床身立柱看，立柱右方 规定为x轴的正方向；当机床是卧式的，从刀具主轴 向工件看，＋x指向工件的右方。
数控机床的坐标系及其原点
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数控车床加工之工件坐标系的研究
作者：贺占红李毅
来源：《科学与财富》2013年第03期
摘要：数控机床加工时很少直接在机床坐标系中编程和加工，而是直接根据零件图进行编程。
为了简化工艺和编程选择合理的工件坐标系显得尤为重要。
本文以数控车床为例，谈一谈实际加工中工件坐标系的选择和建立。
关键词：数控机床加工合理工件坐标系试切对刀法
数控机床加工时很少直接在机床坐标系中编程和加工，而是直接根据零件图进行编程。
因为编程人员在编程时，不知道工件在机床坐标系中装夹的确切位置，因而也就无法确定工件上各点在机床坐标系中的坐标，当然也就无法进行编程。
为了使编程人员不必考虑工件在机床上的实际位置而能够直接根据图纸进行编程，通常以工件上某一基准点为原点，设定一个与机床坐标系有一定关系的坐标系，这个坐标系即称为编程坐标系或工件坐标系，其原点即为编程原点或工件原点，工件坐标系各坐标轴都与机床坐标系各轴平行。
工件坐标系在数控机床上的位置与工件装夹位置有关，工件装夹位置不同，以工件上某一基准点为原点建立的工件坐标系在数控机床上的位置也不同，数控加工时需进行对刀操作确定工件坐标系在数控机床上的位置，同时把在机床坐标系下的加工转换为在工件坐标系下的加工，使编程与加工的坐标系统一起来。
一.工件坐标系原点的选择原则
工件坐标系原点的选择非常重要。
工件坐标系原点应根据零件的形状和加王工艺选择，一般应遵循以下原则：
（1）工件坐标系原点选择时应尽量与零件图样的设计基准或工艺基准重合。
（2）工件坐标系原点应尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值低的工件表面上。
（3）便于进行加工点坐标值的计算，并尽可能避免由此而产生的误差。
（4）在机床上容易确定工件坐标系在机床坐标系中的位置，并便于加工和测量检验。
根据上述原则，数控车床加工中一般将工件编程原点设定在零件右端面或左端面中心上，如图1-1所示。
二.工件坐标系的建立方法
数控机床加工前通常要用对刀的方法建立工件坐标系，数控车床上常用的对刀方法有试切对刀法和对刀仪自动对刀法两种。
经济型数控车床上一般用手动试切对刀法对刀，对刀仪自动对刀法用于具有自动对刀功能的全功能型数控车床。
本文以试切对刀法为主。
（1）试切对刀法。
通过试切对刀法建立工件坐标系（以在右端面建立工件坐标系为例）采用的是坐标系偏移转换的原理。
它的操作原理（见图1-2所示）是通过刀具对工件右端外圆和端面的试切削，及对所切外圆直径Φ的测量，将图示刀具试切后所在位置在工件坐标系中的预设坐标值，通过机床操作面板手动输入到数控车床相应的刀具补偿单元中，数控系统根据此位置预设的坐标值，经过坐标转换计算，确定工件坐标系原点的位置，从而将机床坐标系原点O机床偏移到所需的工件坐标系原点，这样就建立了一个以O为原点的工件坐标系。
建立工件坐标系前，机床控制面板所显示的坐标是刀具当前位置在机床坐标系中的坐标：X坐标为Φx机床，Z坐标为ZA。
建立了工件坐标系后，机床控制面板所显示的坐标即是刀具当前位置在工件坐标系中的坐标：X坐标为Φx工件，Z坐标为0。
在运行程序自动加工时，在程序开始首先要运行建立工件坐标系指令。
机床数控系统不同，其建立工件坐标系的指令也不同，在FANUC数控系统中，常用T0101指令建立工件坐标系，G50指令也是建立工件坐标系指令，但由于其指令应用格式的局限才，现多已不用。
（2）接触式传感对刀仪对刀法。
接触式传感对刀仪主要由触头和传感检测装置组成。
用接触式传感对刀仪对刀的方法如图1-3所示，它是将刀具的刀尖接触到对刀仪韵周定触头，传感检测装置经过检测和坐标转换计算，自动将结果存入数控系统相应的单元中，从而建立工件坐标系，并同时设定刀具位置补偿值。
用对刀仪对刀操作后，操作者方可使用该刀具进行加工。
用接触式传感对刀仪对刀，其对刀精度高，加工效率也高，且容易操作。
三.研究结论
1、在实际的数控加工中工件坐标系原点的选择时应尽量与零件图样的设计基准或工艺基准重合，工件坐标系原点应尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值低的工件表面上，便于进行加工点坐标值的计算，并尽可能避免由此而产生的误差，在机床上容易确定工件坐标系在机床坐标系中的位置，并便于加工和测量检验。
2、在一般的数控加工中通常要用试切对刀法来建立工件坐标系，因为试切对刀法的步骤简便灵活，且相对加工成本较低。
3、选择和建立合理的工件坐标系还应根据工件的批量及机床的情况等等来综合考虑，，切忌不可盲目的教条主义。
参考文献
[1] 魏杰《数控机床编程与操作》电子工业出版社2012-07
[2] 杨琳《数控车床加工工艺与编程》中国劳动社会保障出版社2009-06
[3]《数控机床编程与操作》北京理工大学出版社2010-11。