加工中心的坐标系
第一节 坐标系
在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，iso和我国都拟定了命名的标准。 通过这一部分的学习，能够掌握机床坐标系、编程坐标系、加工坐标系的概念，具备实际动手设置机床加工坐标系的能力。
一、机床坐标系
１、机床坐标系的确定
（1） 机床相对运动的规定
在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。
（2）机床坐标系的规定
标准机床坐标系中x、y、z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。
在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。
例如加工中心上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动，如图5-1所示。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述
图5-1
标准机床坐标系中x、y、z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：
图5-2 直角坐标系
1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表x坐标，食指代表y坐标，中指代表z坐标。
2)大拇指的指向为x坐标的正方向，食指的指向为y坐标的正方向，中指的指向为z坐标的正方向。
图5-3机床运动的方向
3)围绕x、y、z坐标旋转的旋转坐标分别用a、b、c表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为x、y、z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标a、b、c的正向,见图5-2。
（3）运动方向的规定
增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，如图5-3所示为数控车床上两个运动的正方向。
图5-3机床运动的方向
２、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。
图5-5所示为数控车床的z坐标
如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为z坐标方向；如果主轴能够摆动，则
选垂直于工件装夹平面的方向为z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为z坐标方向。
（2）x坐标
x坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定x轴的方向时，要考虑两种情况：
1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为x坐标的正方向。
2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况： z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+x运动方向指向右方；z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+x运动方向指向右方。 图5-5所示为数控车床的x坐标。
（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。
例：根据图5-6所示的数控立式加工中心结构图，试确定x、y、z直线坐标。
（1）z坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。
（2）x坐标：z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。
图5-6
（3）y坐标：在z、x坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。
３、附加坐标系
为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。
对于直线运动，通常建立的附加坐标系有：
（1）平行于x、y、z的坐标轴可以采用的附加坐标系：第二组u、v、w坐标，第三组p、q、r坐标。
（2） 不平行于x、y、z的坐标轴也可以采用的附加坐标系：第二组u、v、w坐标，第三组p、q、r坐标。
４、机床原点的设置
机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。
在数控加工中心上，机床原点一般取在x、y、z坐标的正方向极限位置上，见图5-7。
图5-7
５、机床参考点
机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。 机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控
系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。 通常在数控加工中心上机床原点和机床参考点是重合的。
数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。
二、编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如图5-8所示，其中o2即为编程坐标系原点。
图5-8编程坐标系
编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。
编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。
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在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，iso和我国都拟定了命名的标准。 通过这一部分的学习，能够掌握机床坐标系、编程坐标系、加工坐标系的概念，具备实际动手设置机床加工坐标系的能力。
一、机床坐标系
１、机床坐标系的确定
（1） 机床相对运动的规定
在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。
（2）机床坐标系的规定
标准机床坐标系中x、y、z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。
在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。
例如加工中心上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动，如图5-1所示。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述
图5-1
标准机床坐标系中x、y、z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：
图5-2 直角坐标系
1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表x坐标，食指代表y坐标，中指代表z坐标。
2)大拇指的指向为x坐标的正方向，食指的指向为y坐标的正方向，中指的指向为z坐标的正方向。
图5-3机床运动的方向
3)围绕x、y、z坐标旋转的旋转坐标分别用a、b、c表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为x、y、z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标a、b、c的正向,见图5-2。
（3）运动方向的规定
增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，如图5-3所示为数控车床上两个运动的正方向。
图5-3机床运动的方向
２、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。
图5-5所示为数控车床的z坐标
如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为z坐标方向；如果主轴能够摆动，则
选垂直于工件装夹平面的方向为z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为z坐标方向。
（2）x坐标
x坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定x轴的方向时，要考虑两种情况：
1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为x坐标的正方向。
2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况： z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+x运动方向指向右方；z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+x运动方向指向右方。 图5-5所示为数控车床的x坐标。
（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。
例：根据图5-6所示的数控立式加工中心结构图，试确定x、y、z直线坐标。
（1）z坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。
（2）x坐标：z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。
图5-6
（3）y坐标：在z、x坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。
３、附加坐标系
为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。
对于直线运动，通常建立的附加坐标系有：
（1）平行于x、y、z的坐标轴可以采用的附加坐标系：第二组u、v、w坐标，第三组p、q、r坐标。
（2） 不平行于x、y、z的坐标轴也可以采用的附加坐标系：第二组u、v、w坐标，第三组p、q、r坐标。
４、机床原点的设置
机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。
在数控加工中心上，机床原点一般取在x、y、z坐标的正方向极限位置上，见图5-7。
图5-7
５、机床参考点
机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。 机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控
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二、编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如图5-8所示，其中o2即为编程坐标系原点。
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