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1、5.3数控机床的坐标系数控机床的坐标系 5.3.15.3.1标准坐标系及运动方向标准坐标系及运动方向坐标系坐标系国际标准化组织（ISO）统一规定标准坐标系采用右手直角笛卡儿坐标系，如图5-7所示。笛卡儿坐标系中，三坐标X、Y、Z分别表示三个直线坐标轴，三者的关系及正方向用右手定则判定，正方向分别为+X、+Y、+Z；围绕+X、+Y、+Z各轴的回转坐标轴分别为A、B、C坐标轴，它们的正方向用右手螺旋法则判定，正方向分别为+A、+B、+C。与以上正方向相反的方向用“”加以区分，如+X、+A等。1 1图5-7右手直角笛卡儿坐标系 2 22 2坐标轴运动方向和命名的原则坐标轴运动方向和命名的原则（）假定
2、刀具相对于静止的工件运动。当工件移动时，则在坐标轴符号上加“”来表示。注：工艺和编程人员在编程时不用考虑带“”的运动，机床设计者在设计时要考虑带“”的运动。（）刀具远离工件的运动方向为坐标轴的正方向。（）机床主轴旋转运动的正方向是按照右旋螺纹进入工件的方向。3 3坐标轴坐标轴1)Z坐标轴坐标轴的运动是由传递切削动力的主轴所规定的。规定平行于主轴轴线的坐标轴为Z轴，若机床有许多主轴，则选尽可能垂直于工件装夹面的主要轴为轴；对于没有主轴的机床（如刨床），则规定垂直于工件装夹表面的轴为Z轴。Z轴的正方向（）是使刀具远离工件的方向。4 4图 立式铣床坐标系 图 卧式铣床坐标系图 工件坐标系 图 车床坐
3、标系5 52)X坐标轴坐标轴一般是水平的，它平行于工件的装夹平面，平行于主要的切削方向。若Z轴是水平的，则从刀具（主轴）向工件看时，X轴的正方向指向右边。如果Z轴是垂直的，则从主轴向立柱看时，对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边。对于龙门式机床，当从主要主轴向左侧看时，X轴的正方向指向右边。对于没有旋转刀具或旋转工件的机床，轴平行于主要的切削力方向，且以该方向为正方向（+）。6 6图 立式铣床坐标系 图 卧式铣床坐标系图 工件坐标系 图 车床坐标系7 73）Y坐标轴坐标轴垂直于Z、X坐标轴，根据Z、X坐标轴的正方向用右手判别法则确定Y坐标轴的正方向。8 8图 立式铣床坐标系 图 卧式铣床坐标系
4、图 工件坐标系 图 车床坐标系9 9附加坐标轴附加坐标轴为便于编程和加工，有时设置了附加坐标。对于直线运动，如在、主要运动之外的第二组平行或不平行于它们的坐标用、表示，第三组运动坐标用、表示。对于旋转运动，如在、以外的其他平行或不平行于、的第二组旋转运动坐标用、表示。1010数控机床的坐标简图数控机床的坐标简图图5-8图5-11是4种具有代表性的数控机床的坐标简图。图中，字母表示运动的坐标，箭头表示正方向。1111图5-8数控双柱立式车床 图5-9数控车床 1212图5-10数控立式升降台铣床 图5-11数控卧式铣镗床 13135.3.25.3.2机床坐标系机床坐标系1 1机床原点机床原点机床
5、原点是制造商设置在机床上的一个物理位置，也称为机床绝对原点。其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。机床原点一般设在三个直线坐标轴正极限位置，当机床的坐标轴手动返回各自零点后，用各坐标轴部件上基准线（如主轴中心线）和基准面（如工作台面、主轴端面等）之间的给定距离来决定机床原点的位置。图5-12立式数控机床的坐标系 1414机床参考点机床参考点机床参考点（referencepoint）是制造商在机床上用行程开关设置的一物理位置，它与机床原点的相对位置是固定的，且一般不同于机床原点。机床出厂之前由制造商精密测量确定。一般情况下，加工中心的参考点为机床的自动换刀点。15155.3
6、.35.3.3工件坐标系工件坐标系工件坐标系工件坐标系工件坐标系也称为编程坐标系，它使得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，零件在机床上的安放方向。工件坐标系的建立包括坐标原点的选择和坐标轴的确定。1616工件坐标系原点工件坐标系原点工 件 坐 标 系 原 点 也 称 为 工 件 原 点 或 程 序 原 点（programorigin）。编程人员以零件图上的某一固定点（一般为零件上最重要的设计基准点）为原点建立工件坐标系，编程尺寸按工件坐标系中的尺寸给定，编程按工件坐标系进行。程序原点一般用92或5459和50来设置。加工时，首先测量工件原点与机床原点之间的距离，即工
7、件原点偏置，如图5-12和图5-13所示。该偏置值可预存到数控系统中，在加工时工件原点的偏置值便自动加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值对工件进行加工。1717图5-13卧式数控机床的坐标系 18185.3.45.3.4装夹原点装夹原点装夹原点常见于带回转中心（或摆动）工作台的数控机床或加工中心，一般是机床工作台的一个固定点，比如回转工作台回转中心，在零位时它与机床原点的偏移量为定值并可通过精确测量存入CNC系统的原点偏置寄存器中，供CNC系统原点偏移计算用。卧式加工中心与机床参考点的偏移量，可通过测量的主轴和工作台回零后，其工作台回转中心与机床参考点重合。19195.
8、3.5 机床原点、参考点和工件原点机床原点、参考点和工件原点 机床原点就是机床坐标系的原点。它是机床上的一个固定的点，由制造厂家确定。机床坐标系是通过回参考点操作来确立的，参考点是确立机床坐标系的参照点。数控车床的机床原点多定在主轴前端面的中心，数控铣床的机床原点多定在进给行程范围的正极限点处，但也有的设置在机床工作台中心，使用前可查阅机床用户手册。2020 参考点(或机床原点)是用于对机床工作台(或滑板)与刀具相对运动的测量系统进行定标与控制的点，一般都是设定在各轴正向行程极限点的位置上。该位置是在每个轴上用挡块和限位开关精确地预先调整好的，它相对于机床原点的坐标是一个已知数，一个固定值。每
9、次开机启动后，或当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重新启动时，都应该先让各轴返回参考点，进行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差。2121 在对零件图形进行编程计算时，必须要建立用于编程的坐标系，其坐标原点即为程序原点。而要把程序应用到机床上，程序原点应该放在工件毛坯的什么位置，其在机床坐标系中的坐标是多少，这些都必须让机床的数控系统知道，这一操作就是对刀。编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，坐标原点就称之为工件原点。工件原点一般按如下原则选取：2222 (1)工件原点应选在工件图样的尺寸基准上。(2)能使工件方便地装夹、测量和检验。(3)尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面
10、上，这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。(4)对于有对称几何形状的零件，工件原点最好选在对称中心点上。2323 车床的工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。铣床的工件原点，一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面，如图5-17所示。2424图5-17 坐标原点与参考点2525 对于编程和操作加工采取分开管理机制的生产单位，编程人员只需要将其编程坐标系和程序原点填写在相应的工艺卡片上即可。而操作加工人员则应根据工件装夹情况适当调整程序上建立工件坐标系的程序指令，或采用原点预置的方法调整修改原点预置值，以保证程序原点与工
11、件原点的一致性。26265.3.6 绝对坐标编程和相对坐标编程绝对坐标编程和相对坐标编程 当运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来计量的话，称为相对坐标编程。当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点计量的话，即为绝对坐标编程。例如，要从图5-18中的A点走到B点。2727图5-18 绝对坐标和相对坐标 用绝对坐标编程为：X12.0 Y15.0；若用相对坐标编程则为：X-18.0 Y-20.0。2828 采用绝对坐标编程时，程序指令中的坐标值随着程序原点的不同而不同；而采用相对坐标编程时，程序指令中的坐标值则与程序原点的位置没有关系。同样的加工轨迹，既可用绝对编程也可用相对编程，但有时候，采用
12、恰当的编程方式，可以大大简化程序的编写。因此，实际编程时应根据使用状况选用合适的编程方式。29295.4 加工中心加工中心加工中心（Machine Center）是由数控铣、数控钻镗类机床发展而来的，集铣削、钻镗、攻螺纹等各种功能于一体，并配备有规模庞大的刀具库，具有自动换刀功能，是适用于加工复杂工件的高效率、高精度的自动化机床。一、一、加工中心类型简介加工中心类型简介 3030加工中心特点加工中心特点1.全封闭防护2.工序集中，加工连续进行3.使用多把刀具，自动进行刀具交换4.使用多个工作台，自动进行工作台交换5.功能强大，趋向复合加工6.高自动化、高精度、高效率7.高投入8.在适当的条件下
13、才能发挥最佳效益3131主要加工对象：1.箱体类零件2.复杂曲面3.异形件4.盘、套、板类零件3232常用的加工中心一般分四种类型：1.立式加工中心 2.卧式加工中心 3.复合加工中心 4.龙门加工中心3333立式加工中心其主轴垂直于工作台，特点是装夹工件方便，便于操作、观察，适宜加工板材类、壳体类等高度方向尺寸相对较小的工件。3434卧式加工中心其主轴是水平设置的，工作台是具有精确分度的数控回转工作台，可实现工件一次装夹的多工位加工，定位精度高，适合箱体类零件的批量加工，但装夹不方便，观察不便，且体积大，价格高。3535复合加工中心 是指在一台加工中心上有立、卧两个主轴或主轴可90改变角度，
14、即由立式改为卧式，或由卧式改为立式，如图所示。主轴自动回转后，在工件一次装夹中可实现顶面和四周侧面共五个面的加工。复合加工中心主要适用于加工外观复杂、轮廓曲线复杂的小型工件，如叶轮片、螺旋桨及各种复杂模具。3636龙门加工中心是指在数控龙门铣床基础上加装刀具库和换刀机械手，以实现自动换刀功能，达到比数控铣床更广泛的应用范围。不同类型的加工中心，配备的数控系统将会有所不同，其加工指令代码的意义及程序格式均可能存在着差异。本章仅对加工中心编程的一般特点，说明加工中心程序编制的方法与步骤。实际工作中应严格按照数控系统说明书规定的格式执行。3737我国我国十一五十一五数控机床发展重点数控机床发展重点
15、发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件，改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状，满足机械、航空航天等工业发展需求。u重点发展关键功能部件和数控系统，为数控机床产品升级奠定基础。主要发展项目包括中高档数控系统、高速主轴及其伺服单元、高性能刀库机械手、高速滚珠丝杠和直线导轨副、直线电机、全功能数控刀架和数控转台、高速防护装置等。u高精度数字化测量仪器和数控刀具。u满足国家重点工程需要，实施高级型数控机床示范工程。3838重点发展的高级型数控机床范围有：高速、精密数控车床，车削中心类及四轴以上联动的复合加工机床。主要满足航天、航空、仪器、仪表、电子信息和生物工程等产业的需要。高速、高
16、精度数控铣镗床及高速、高精度立卧式加工中心。主要满足汽车发动机缸体缸盖及航天航空、高新技术等行业大型复杂结构支架、壳体、箱体、轻金属材料零件和精密零件加工需求。重型、超重型数控机床类：数控落地铣镗床、重型数控龙门镗铣床和龙门加工中心、重型数控卧式车床及立式车床，数控重型滚齿机等，该类产品满足能源、航天航空、军工、舰船主机制造、重型机械制造、大型模具加工、汽轮机缸体等行业零件加工需求。数控磨床类：数控超精密磨床、高速高精度曲轴磨床和凸轮轴磨床、各类高精高速专用磨床等，满足精密超精密加工需求。3939数控电加工机床类：大型精密数控电火花成形机床、数控低速走丝电火花切割机床、精密小孔电加工机床等，主要满足大型和精密模具加工、精密零件加工、锥孔或异型孔加工及航天、航空等行业的特殊需求。数控金属成形机床类（锻压设备）：数控高速精密板材冲压设备、激光切割复合机、数控强力旋压机等，主要满足汽车、摩托车、电子信息产业、家电等行业板金批量高效生产需求及汽车轮毂及军工行业各种薄壁、高强度、高精度回转型零件加工需求。数控专用机床及生产线：柔性加工自动生产线（FMS/FMC）及各种专用数控机床，该类生产线是针对汽车、家电等行业加工缸体、缸盖、变速箱箱体等及多品种变批量壳体、箱体类零件加工需求。4040