加工中心的坐標系

第一節坐標系

在數控編程時，為了描述機床的運動，簡化程序編制的方法及保證紀錄數據的互換性，數控機床的坐標系和運動方向均已標準化，ISO和我國都擬定了命名的標準。通過這一部分的學習，能夠掌握機床坐標系、編程坐標系、加工坐標系的概念，具備實際動手設置機床加工坐標系的能力。

一、機床坐標系

１、機床坐標系的確定

（1）機床相對運動的規定

在機床上，我們始終認為工件靜止，而刀具是運動的。這樣編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以依據零件圖樣，確定機床的加工過程。

（2）機床坐標系的規定

標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標系決定。

在數控機床上，機床的動作是由數控裝置來控制的，為了確定數控機床上的成形運動和輔助運動，必須先確定機床上運動的位移和運動的方向，這就需要通過坐標系來實現，這個坐標系被稱之為機床坐標系。

例如加工中心上，有機床的縱向運動、橫向運動以及垂向運動，如圖5-1所示。在數控加工中就應該用機床坐標系來描述

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圖5-1

標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標系決定：

圖5-2 直角坐標系

1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90°。則大拇指代表X坐標，食指代表Y坐標，中指代表Z坐標。

2)大拇指的指向為X坐標的正方向，食指的指向為Y坐標的正方向，中指的指向為Z坐標的正方向。

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圖5-3機床運動的方向

3)圍繞X、Y、Z坐標旋轉的旋轉坐標分別用A、B、C表示，根據右手螺旋定則，大拇指的指向為X、Y、Z坐標中任意軸的正向，則其余四指的旋轉方向即為旋轉坐標A、B、C的正向,見圖5-2。

（3）運動方向的規定

增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向，如圖5-3所示為數控車床上兩個運動的正方向。

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圖5-3機床運動的方向

２、坐標軸方向的確定

（1）Z坐標

Z坐標的運動方向是由傳遞切削動力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標軸即為Z坐標，Z坐標的正向為刀具離開工件的方向。

圖5-5所示為數控車床的Z坐標

如果機床上有幾個主軸，則選一個垂直于工件裝夾平面的主軸方向為Z坐標方向；如果主軸能夠擺動，則

選垂直于工件裝夾平面的方向為Z坐標方向；如果機床無主軸，則選垂直于工件裝夾平面的方向為Z坐標方向。

（2）X坐標

X坐標平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內。確定X軸的方向時，要考慮兩種情況：

1）如果工件做旋轉運動，則刀具離開工件的方向為X坐標的正方向。

2）如果刀具做旋轉運動，則分為兩種情況： Z坐標水平時，觀察者沿刀具主軸向工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方。圖5-5所示為數控車床的X坐標。

（3）Y坐標

在確定X、Z坐標的正方向后，可以用根據X和Z坐標的方向，按照右手直角坐標系來確定Y坐標的方向。

例：根據圖5-6所示的數控立式加工中心結構圖，試確定X、Y、Z直線坐標。

（1）Z坐標：平行于主軸，刀具離開工件的方向為正。

（2）X坐標：Z坐標垂直，且刀具旋轉，所以面對刀具主軸向立柱方向看，向右為正。

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圖5-6

（3）Y坐標：在Z、X坐標確定后，用右手直角坐標系來確定。

３、附加坐標系

為了編程和加工的方便，有時還要設置附加坐標系。

對于直線運動，通常建立的附加坐標系有：

（1）指定平行于X、Y、Z的坐標軸可以采用的附加坐標系：第二組U、V、W坐標，第三組P、Q、R坐標。

（2）指定不平行于X、Y、Z的坐標軸也可以采用的附加坐標系：第二組U、V、W坐標，第三組P、Q、R坐標。

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４、機床原點的設置

機床原點是指在機床上設置的一個固定點，即機床坐標系的原點。它在機床裝配、調試時就已確定下來，是數控機床進行加工運動的基準參考點。

在數控加工中心上，機床原點一般取在X、Y、Z坐標的正方向極限位置上，見圖5-7。

圖5-7

５、機床參考點

機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關精確調整好的，坐標值已輸入數控

系統中。因此參考點對機床原點的坐標是一個已知數。通常在數控加工中心上機床原點和機床參考點是重合的。

數控機床開機時，必須先確定機床原點，而確定機床原點的運動就是刀架返回參考點的操作，這樣通過確認參考點，就確定了機床原點。只有機床參考點被確認后，刀具（或工作臺）移動才有基準。

二、編程坐標系

編程坐標系是編程人員根據零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。編程坐標系一般供編程使用，確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。如圖5-8所示，其中O2即為編程坐標系原點。

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圖5-8編程坐標系

編程原點是根據加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標系的原點。
編程原點應盡量選擇在零件的設計基準或工藝基準上，編程坐標系中各軸的方向應該與所使用的數控機床相應的坐標軸方向一致。

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