数控机床的坐标系
数控机床坐标系
第1章数控编程基础1.1 数控加工的基本概念数控加工是20世纪40年代后期发展起来的一种自动化加工技术，它综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控和机械制造等学科的内容。
目前在制造业中数控加工已得到了广泛应用，并在制造业中已开始占据主导地位。
数控机床是数控加工的执行单元，它是数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）的简称，是为了满足单件、小批、多品种自动化生产的需要而研制的一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的、以数字化控制为基本特征的柔性自动化机床，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高的优点。
1.1.1 数控与数控机床数控（Numerical Control，NC）是以数字化信号对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
数控机床是指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。
数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，可以自动地对被加工工件进行加工。
从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序（简称为数控程序），它是机床数控系统的应用软件。
与数控系统应用软件相对应的是数控系统内部的系统软件，系统软件是用于数控系统工作控制的。
本书主要介绍数控程序的编制。
1．数控机床的组成与工作原理数控机床一般包括3个基本组成部分：控制系统、伺服系统及机床主体（如图1.1所示）。
控制系统是数控机床的核心，主要作用是对输入的零件加工程序进行数字运算和逻辑运算，然后向伺服系统发出控制信号。
控制系统是一种专用的计算机，它由硬件和软件组成，有些数控机床的控制系统就是将PC机配以控制系统软件而构成的。
数控编程理论、技术与应用·2·图1.1 数控机床的基本组成伺服系统的主要作用是根据控制系统发出的控制信号驱动执行元件运动。
伺服系统由驱动装置和执行元件组成，其中常用的执行元件有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机3种。
机床主体是加工运动的实际部件，包括主运动部件、进给运动部件（如工作台、刀架）和支撑部件（如床身、立柱）等。
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。
数控机床坐标系
▪ 机床原点
▪ 机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试完成 后便确定了，是机床上固有的点。
▪ 机床原点的建立：用回零方式建立。 ▪ 机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程
第三节 数控机床的坐标系
▪ 机床坐标系
▪ 以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有 的座标系，它具有唯一性。
工件原点
立式数控机床的坐标系
卧式数控机床的坐标系
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第三节 数控机床的坐标系
一. 坐标轴的运动方向及其命名
统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可 使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用 性。同时也给 维修和使用带来极大的方便。ISO和 我国都拟定了命名的标准。
第三节 数控机床的坐标系
▪ 进给运动坐标系
ISO和中国标准规定： ▪ 数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给) 定义为
X +A、+B、+C
第三节 数控机床的坐标系
坐标轴方向：定义为刀具相对工件运动的方向。 编程时不必知道机床运动的具体配置，就能正确地进 行编程。
附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴， 用U.V.W表示。
第三节 数控机床的坐标系
1. Z坐标（轴）
▪ 方位
▪ Z坐标平行主轴轴线的进给轴。
+X/ +Y/
数控机床的坐标系统
3、编程坐标系(工件坐标系）
又称工件坐标系，是编程时用来定义工 件形状和刀具相对工件运动的坐标系。 工件装夹到机床上时，应使工件坐标系 与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。
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3、工件原点
工件原点（编程原点）：由编程人员在工件上根据编程 方便性自行设定的编制加工程序的原点。
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设置工件原点的一般原则
工件原点与设计基准或装配基准重合，以利于编程。
工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度小的表 面上。
工件原点最好选在工件的对称中心上。
要便于测量和检验。
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4
坐标轴方向的确定
（1）Z坐标
Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所 决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z 坐标的正向为刀具离开工件的方向。
注意：1、当机床有几个 主轴时，选一个与工件装 夹面垂直的主轴为Z坐标。 2、当机床无主轴时，选 与工件装夹面垂直的方向 为Z坐标。（牛头刨床）
思考：立式铣床中钻头钻孔 时为Z轴的哪个方向？卧式 车床Z轴正方向如何确定？
③ 对于没有回转轴或没有回转工件的机床，X轴平行于主要切削方 向，且以该方向为正方向。（牛头刨床）
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坐标轴方向的确定
（3）Y坐标
在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右 手直角坐标系来确定Y坐标的方向。
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数控机床的两种坐标系
机床坐标系 机床原点
机床零点
编程坐标系 编程原点
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1、机床原点
机床原点（机械原点)：是指机床坐标系的原点,是机床 上的一个固定点.它不仅是在机床上建立工件坐标系的基准 点,而且还是机床调试和加工时的基准点.随着数控机床种类 型号的不同其机床原点也不同,通常车床的机床原点设在卡 盘端面与主轴中心线交点处,而铣床的机床原点则设在机床X、 Y、Z三根轴正方向的运动极限位置.
数控机床的坐标系
数控机床坐标系的日常维护
每日检查
检查坐标轴的移动是否 正常，润滑系统是否正 常工作，以及切削液的
供给情况。
定期清理
清理机床内部的切屑和 灰尘，保持机床的清洁。
紧固螺丝
定期检查并紧固坐标轴 上的螺丝，确保其稳定
可靠。
记录工作日志
记录每天的维护情况， 以便及时发现问题并进
行处理。
高加工效率和质量。
数控机床坐标系的新技术应用
智能技术
智能技术在数控机床坐标系中得到了广泛应用。例如，通过智能算法对加工过程进行优化 ，实现加工过程的自适应控制和智能监控。
传感器技术
传感器技术在数控机床坐标系中发挥着越来越重要的作用。例如，通过传感器实现加工过 程的实时监测和反馈控制，提高加工精度和稳定性。
集成化
未来数控机床坐标系将更加集成化，实现加工过程的集成控制和优化。集成化能够提高设备的整体性能和稳定性，降 低生产成本和维护成本。
绿色环保
未来数控机床坐标系将更加注重绿色环保，实现加工过程的节能减排和资源循环利用。通过采用新型的 节能技术和环保材料，可以降低设备的能耗和排放，提高设备的环保性能。
05
加工参数设置
在编程过程中，需要根据工件的材料、尺寸等参数，设置相应的加 工参数，这些参数与数控机床坐标系密切相关。
数控机床坐标系在故障诊断中的应用
故障定位
01
当数控机床出现故障时，可以通过检查坐标系的设定和实际位
置，快速定位故障原因。
故障排除
02
根据故障定位的结果，可以针对性地排除故障，恢复数控机床
坐标轴移动不灵活
检查传动系统是否正常，润滑系统是 否工作良好。
加工精度异常
数控机床的坐标系
（2） 相对坐标编程
编程时，工件上各点相对于前一点坐标的坐标值 称为相对坐标值，如图1-9所示，利用相对坐标值进行 编程称为相对坐标编程。
图1-9
动 （3）运动方向的原则 数控机床某一部件运动的正方向， 是增大工件与刀具距离的方向。
3. 坐标轴的确定
（1）Z轴 标准Байду номын сангаас定，机床以传递切削力的主轴所 决定，与主轴轴线平行或重合的标准坐标轴即为Z坐标轴 （如：铣床、钻床、车床、磨床等）；如果机床有几个主 轴，则选一垂直于装夹平面的主轴作为主要主轴；如机床 没有主轴（龙门刨床），则规定垂直于工件装夹平面为Z 轴。
（1）应使工件的零点与工件的尺寸基准重合；
（2）当工件图中的尺寸容易换算成坐标值时，尽量直接使用图纸尺寸作 为坐标值；
（3）工件零点应该选在容易找正，在加工过程中容易测量的位置。
工件坐标系
1.5. 绝对坐标与相对坐标编程
（1）绝对坐标编程 （2）相对坐标编程
（1） 绝对坐标编程
编程时，将工件放置在直角坐标系中，或者在工件上 建立直角坐标系，即工件坐标系。工件上各点相对于坐标 原点的坐标值称为绝对坐标值，如图1-8所示，利用绝对 坐标值进行编程称为绝对坐标编程。 。
（a）
（b）
（c）
图1-2 数控机床坐标系
2.坐标轴的确定原则
（1）刀具相对于工件运动的原则 根据该原则，编程人 员在不知是刀具移向工件还是工件移向刀具的情况下， 只需根据零件图纸，确定零件的加工过程。 （2）标准坐标系原则 数控机床使用的标准坐标系为右 手笛卡儿直角坐标系。通过它可以确定机床运动件的运 动方向及移动尺寸，以完成一系列的成形运动和辅助运
图1-4 机床坐标系
数控机床坐标系简介
定位：确定工件 在机床中的位置
测量：测量工件 的尺寸和形状
校准：校准机床 和工件的精度
检测：检测工件 的质量和性能
数控机床坐标系 的校准与调整
校准的目的与内容
目的：确保数控机 床的精度和稳定性
内容：包括对机床 的机械、电气、液 压等各个部分的校 准
校准方法：使用专 用的校准工具和设 备按照规定的程序 进行
确定坐标系轴向： 选择合适的轴向 如X轴、Y轴、Z 轴等
设置坐标系参数： 根据实际需求设 置坐标系的尺寸、 精度等参数
验证坐标系设置： 通过实际加工验 证坐标系的设置 是否正确如有问 题及时调整
坐标系设置的原则
原点：选择便于 编程和操作的位
置
方向：选择便于 编程和操作的方
向
单位：选择便于 编程和操作的单
原点的位置可以通过数控系统 的参数设置进行修改
原点的位置对于数控机床的加 工精度和效率有重要影响
坐标系的方向
数控机床坐标系的原点：通常位于机床工作台的中心
坐标系的方向：通常采用右手定则来确定
右手定则：将右手握拳拇指指向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
坐标系的方向：可以按照右手定则进行旋转以适应不同的加工需求
技术展望
智能化：数控机床 将更加智能化实现 自动编程、自动加 工等功能
网络化：数控机床 将实现网络化实现 远程监控、远程诊 断等功能
高速化：数控机床 将实现高速化提高 加工效率和精度
环保化：数控机床 将更加环保减少废 气、废液等污染物 排放
对未来发展的建议
加强技术创新提高数控机床的精度和效率 注重环保和节能降低数控机床的能耗和污染 加强人才培养提高数控机床的操作和维护水平 加强国际合作引进先进技术和经验提高数控机床的国际竞争力
数控机床的标准坐标系
数控机床的标准坐标系数控机床是一种通过数字控制系统来控制工具在加工过程中沿着预先确定的轨迹进行移动的机床。
在数控机床加工过程中，标准坐标系是非常重要的概念。
标准坐标系是指机床上工件加工所采用的坐标系，它是数控机床上各种运动的基准。
了解和掌握数控机床的标准坐标系对于操作数控机床、编写数控加工程序以及进行数控加工具有重要的意义。
本文将从数控机床的标准坐标系的概念、分类、特点以及应用等方面进行详细介绍。
一、概念。
标准坐标系是指在数控机床上确定的用于表示工件加工位置的坐标系。
它是数控机床上各个运动的基准，通常采用直角坐标系和极坐标系。
直角坐标系是指以机床主轴中心线为原点，分别沿着机床的X、Y、Z三个方向建立的坐标系。
而极坐标系则是以机床主轴中心线为原点，以半径和角度来表示工件的加工位置。
二、分类。
根据数控机床上的不同工作部件和加工方式，标准坐标系可以分为工件坐标系和机床坐标系。
工件坐标系是指以工件为参照物建立的坐标系，它随着工件的移动而移动。
而机床坐标系则是指以机床为参照物建立的坐标系，它是相对固定的。
根据工件的不同形状和加工要求，工件坐标系又可以分为直角坐标系和极坐标系。
三、特点。
数控机床的标准坐标系具有以下几个特点：1. 确定性，标准坐标系是确定的，它是数控机床上各种运动的基准，能够准确地表示工件的加工位置。
2. 统一性，在数控机床上，通常会规定一个统一的标准坐标系，以便于编写加工程序和进行加工操作。
3. 可移动性，工件坐标系随着工件的移动而移动，可以根据加工需要进行调整和变换。
4. 稳定性，机床坐标系相对固定，保持稳定性，不会随着工件的移动而变化。
四、应用。
标准坐标系在数控机床加工中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 编写加工程序，在进行数控加工时，需要根据工件的形状和加工要求，在相应的坐标系下编写加工程序，确定加工路径和加工参数。
2. 加工定位，在进行数控加工时，需要将工件放置在适当的位置，确定工件的坐标系，以便于进行加工定位和加工操作。
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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。
图2-1-6 数控车床工件坐标系的
原点
图2-1-7 数控铣床工件坐标系的
原点（返回首页）
2.1.3 绝对坐标和相对坐标
1）绝对坐标表示法
将刀具运动位置的坐标值表示为相对于坐标原点的距离，这种坐标的表示法称之为绝对坐标表示法。
如图2-1-8所示。
大多数的数控系统都以G90指令表示使用绝对坐标编程。
图2-1-8 绝对坐标表示法2）相对坐标表示法
将刀具运动位置的坐标值表示为相对于前一位置坐标的增量，即为目标点
绝对坐标值与当前点绝对坐标值的差
值，这种坐标的表示法称之为相对坐标
表示法。
如图2-1-9所示。
图2-1-9 相对坐标表示法大多数的数控系统都以G91指令表示使用相对坐标编程，有的数控系统用X、Y、Z表示绝对坐标代码，用U、V、W表示相对坐标代码，在一个加工程序中以混合使用这二种坐标表示法编程。