任务三 数控机床坐标系

任务描述

数控机床坐标系是如何规定的？在一个机床中怎么样确定和判断相应X、Y、Z轴？数控机床坐标系如何延伸？

学习目标

了解掌握数控机床坐标系的命名原则，并能通过实际应用分析不同的机床坐标系相应的X、Y、Z等轴。

任务分析

为了描述数控机床零部件的位置，应先学习好数控机床坐标系，只有坐标系确定了，机床上的零部件才有准确的位置。掌握附加轴和相应的应用是本任务的重点和难点。

任务完成

为了便于编程时描述机床的运动、简化程序的编制方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标和运动的方向均已标准化。目前，国际标准化组织规定统一使用标准坐标系（ISO841），我国机械工业部也颁布了JB3051—82《数控机床坐标系和运动方向的命名》的数控标准，它与ISO841标准等效。

一、坐标系的确定原则

1.刀具相对于静止工件而运动的原则（命名为X、Y、Z轴）

这一原则使编程人员能在不知道是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下，就可根据零件图样确定机床的加工过程。

2.标准坐标（机床坐标）系的规定

在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定机床上的成型运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的方向和运动的距离，这就需要一个坐标系才能实现，这个坐标系就称为机床坐标系。

标准的机床坐标系是一个右手笛卡儿直角坐标系，如图1-2-4所示。图中规定了X、Y、Z三个直角坐标轴的方向，这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行，它与安装在机床上并按机床的主要直线导轨找正的工件相关。根据右手螺旋方法，可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。

二、运动方向的确定

机床的某一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，如图1-2-5所示的车床，图1-2-6所示的立式转塔车床或立式镗铣床等。若机床没有主轴（如牛头刨床等），则Z坐标垂直于工件装夹面，如图1-2-7所示的牛头刨床。若机床有几个主轴，可选择一个垂直于工件装夹面的主轴作为主要主轴，并以它确定Z坐标。

Z坐标的正方向是增加刀具和工件之间距离的方向。如在钻镗加工中，钻入或镗入工件的方向是Z坐标的负方向。

2.X坐标的运动

在没有回转刀具和没有回转工件的机床上（如牛头刨床），X坐标平行于主要切削方向，以该方向为正方向，如图1-2-8所示。在有回转工件的机床上，如车床、磨床等，X坐标运动方向是径向的，而且平行于横向滑座，X坐标的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。

在有刀具回转的机床上（如铣床），若Z坐标是水平的（主轴是卧式的），当由主要刀具的主轴向工件看时，X坐标运动的正方向指向左方，如图1-2-9所示。若Z坐标是垂直的（主轴是立式的），当由主要刀具主轴向立柱看时，X坐标运动的正方向指向右方，如图1-2-8所示的立式铣床。

3.Y坐标的运动

正向Y坐标的运动，根据X坐标和Z坐标的运动，按照右手笛卡儿坐标系来确定。

4.旋转运动

旋转运动在图1-2-4中，A、B、C坐标相应的表示其轴线平行于X、Y、Z坐标的旋转运动。A、B、C坐标的正向为在X、Y和Z坐标的方向上，右旋螺纹前进的方向。

5.机床坐标系的原点及附加坐标

标准坐标系的原点位置是任意选择的。A、B、C坐标的运动原点（0°的位置）也是任意的，但A、B、C坐标的原点位置最好选择为与相应的X、Y、Z坐标平行。如果在X、Y、Z坐标的主要直线运动之外另有第二组平行于它们的坐标运动，就称为附加坐标。它们应分别被指定为U、V和W，如还有第三组运动，则分别指定为P、Q和R，如有不平行或可以不平行于X、Y、Z坐标的直线运动，则可相应规定为U、V、W、P、Q或R。如果在第一组回转运动A、B、C坐标之外，还有平行或不平行于A、B、C坐标的第二组回转运动，可指定为D、E或F。

6.工件的运动

对于移动部分是工件而不是刀具的机床，必须将前面所介绍的移动部分是刀具的各项规定，在理论上作相反的安排。此时，用带““”的字母表示工件正向运动，如+X'、+Y'、+Z'表示工件相对于刀具正向运动的指令，+X、+Y、+Z表示刀具相对于工件正向运动的指令，二者所表示的运动方向恰好相反。

思考与练习

1.标准坐标系是如何规定的？数控车床与数控铣床坐标系的区别是什么？

2.请画出下列机床的机床坐标系：

（1）卧式车床；（2）立式铣床；（3）牛头刨床；（4）卧式铣床。