任务1.2
了解数控车床坐标系

【任务描述】

在编写数控车床加工程序的过程中，需要确定刀具与工件的加工位置，也需要通过机床参考点和坐标系来描述刀具的运动轨迹。为了便于编程时描述机床的运动，简化程序的编制方法，数控机床的坐标系和运动的方向均已标准化。

1）在图 1-2-1 所示零件图中绘出机床坐标系和工件坐标系

2）识读轴类零件图

如图 1-2-1 零件图样所示，将图纸信息填入表 1-2-1 中。

【学习要点】

①理解机床坐标系概念及作用。

②能用右手法则判别坐标系中 X 坐标、 Z 坐标的正方向。

③具有识别各种数控车床坐标系的能力。

【相关知识】

为了便于编程时描述机床的运动，简化程序编制及保证记录数据的互换性，国际标准化组织统一了标准坐标系。我国《工业自动化系统与集成 机床数值控制 坐标系和运动命名》（GB / T 19660—2005）予以规定。

1）右手笛卡儿直角坐标系

右手笛卡儿直角坐标系规则，是用右手的拇指、食指和中指分别代表 X 、 Y 、 Z 轴，三个手指互相垂直，所指方向分别为 X 、 Y 、 Z 轴的正方向。在数控机床上为了确定机床的运动和方向，运用右手笛卡儿直角坐标的原则建立一个坐标系，称为机床坐标系。

如图 1-2-2 所示，机床上这三个坐标轴与机床的主要导轨相平行，为直线运动的坐标轴。围绕 X 、 Y 、 Z 各轴的回转运动分别用 A 、 B 、 C 表示，其正方向用右手螺旋定则确定。

2）刀具相对工件运动的原则

“永远假定工件是静止的，而刀具是相对于静止的工件运动”，该原则使编程人员能在不知道刀具移向工件还是工件移向刀具的情况下，就可根据零件图纸，确定机床的加工过程及编程。坐标命名时，把刀具看作相对静止不动，工件移动，工件移动的坐标就用+ X′ 、+ Y′ 、+ Z′ 、…、+ C′ 等表示。

3）机床运动方向的确定

确定机床坐标轴时，一般是先确定 Z 轴，再确定 X 轴，最后确定 Y 轴。机床的某一直线运动部件的运动正方向规定为增大工件与刀具之间距离的方向。

（1） Z 坐标的运动

Z 坐标的运动由传递切削动力的主轴所决定，与主轴轴线平行的标准坐标轴即为 Z 坐标。卧式数控车床的 Z 轴平行于工件的回转轴线和纵向导轨，其正方向是增大车刀和工件之间距离的方向，如图 1-2-3 所示。

（2） X 坐标的运动

X 坐标的运动一般是水平的，它平行于工件装夹面，是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。卧式数控车床的 X 轴在工件的径向上，且平行于横向滑座，其正方向是安装在横向滑座的主要刀架上的刀具离开工件回转中心的方向。

（3） Y 坐标的运动

正向 Y 坐标的运动是根据 X 和 Z 的运动，根据右手笛卡儿直角坐标系来确定。

4）机床坐标系和工作坐标系

（1）机床坐标系

机床坐标系是数控车床的基本坐标系，它是以机床原点为坐标原点建立起来的 XOZ 直角坐标系。机床原点是由生产厂家决定的，它不是一个客观存在的物理点，而是通过设置机床参考点和在机床参数中设定机床参考点在机床坐标系中的坐标值来定义的一个固定点。机床参考点是一个物理点，其位置由 X 、 Z 向的挡块和行程开关确定。对于某台数控车床来讲，机床参考点与机床原点之间有严格的位置关系，机床出厂前已调试准确，确定为某一固定值，并输入机床参数中，这个值就是机床参考点在机床坐标系中的坐标。

机床每次通电之后，必须进行回参考点操作，通过确认机床参考点位置来间接确定机床原点位置，从而准确地建立机床坐标系，如图 1-2-4 所示。

（2）工件坐标系

数控车床加工时，工件可以通过卡盘夹持于机床坐标系下的任意位置。这样一来，用机床坐标系描述刀具轨迹就显得不大方便。为此，编程人员在编写零件加工程序时通常要选择一个工件坐标系，即针对某一工件并根据零件图样建立的坐标系称工件坐标系（又称编程坐标系）。这样刀具轨迹就变为工件轮廓在工件坐标系下的坐标了。编程人员就不用考虑工件上各点在机床坐标系下的位置，从而将问题简化。

工件坐标系是人为设定的，设定的依据是既要符合尺寸标注的习惯，又要便于计算坐标和编程。

（3）工件原点

工件坐标系的原点是工件原点。选择工件原点时，最好将工件原点设置在工件图样中的尺寸能够方便地转换成坐标值的位置。数控车床工件原点一般设置在主轴中心线上工件的右端面或左端面，如图 1-2-5 所示。

（4）工件原点选用原则

①能方便工件的装夹、测量和检验。

②对于有对称形状的几何零件，工件原点最好选在对称中心上。

③工件原点尽量选在尺寸精度较高的工件表面上，这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。

④工件原点选在工件图样的尺寸基准上，这样可以直接使用图样标注的尺寸作为编程点的坐标值，减少计算工作量。

【任务实施】

①在生产中所使用的数控车床有哪几个坐标轴？

②伸出右手，根据右手笛卡儿直角坐标系，判定图 1-2-1 卧式车床的坐标轴及正负方向。

③数控车床上有哪些坐标系？它们之间有什么关系？分别在什么位置？怎样进行设置？

④数控车床的机床原点、机床参考点及工件原点之间有何区别？试以某具有参考点功能的车床为例，用图示表达出它们之间的相对位置关系。

【任务拓展】

①轴类毛坯如图 1-2-6 所示，绘制机床原点、工件原点及工件坐标系。

②如图 1-2-7 所示，绘制机床原点、工件原点及工件坐标系。

【评价反馈】

任务评价，见表 1-2-2。

【每课一练】

一、判断题

（ ）1.右手直角坐标系中的拇指表示 Z 轴。

（ ）2.在直角坐标系中，与主轴轴线平行或重合的轴一定是 Z 轴。

（ ）3.绕 Z 轴旋转的回转运动坐标轴是 K 轴。

（ ）4.机床参考点是由程序设定的一个基准点。

（ ）5.编制数控加工程序时，一般以机床坐标系作为编程的坐标系。

二、单选题

1.数控机床 Z 轴（ ）。

A.与工件装夹平面垂直

B.与工件装夹平面平行

C.与主轴轴线平行

D.水平安置

2.绕 X 轴旋转的回转运动坐标轴是（ ）。

A. A 轴

B. Y 轴

C. Z 轴

D. U 轴

3.右手直角坐标系中（ ）表示 Z 轴。

A.拇指

B.食指

C.中指

D.无名指

4.数控机床的标准坐标系是以（ ）来确定的。

A.右手笛卡尔直角坐标系

B.绝对坐标系

C.相对坐标系

D.极坐标系

5.数控机床上有一个机械原点，该点到机床坐标系零点在进给坐标轴方向上的距离可以在机床出厂时设定，该点称（ ）。

A.换刀点

B.工件坐标原点

C.机床坐标原点

D.机床参考点 CIbTkM+yhFH0PyAQT7v6QSf03hMMYJpIod9YktE+fkRDVvyzRfeunrjMGJeVl5yy