2.3 坐标系的建立

数控编程是基于工件坐标建立完成的基础之上跑坐标的过程，所以我们编制车床程序之前先得在工件图纸上假设坐标系。

运动指令后面都必须跟目标点的坐标，机床才会知道往哪跑。而坐标的表达又分绝对坐标和增量坐标，绝对坐标是指该点在坐标系里的坐标位置，是相对于坐标轴和坐标原点而言的一种位置表达方式，如：X___Z___；相对坐标（即增量坐标）是指相对于当前位置（即假设当前位置为坐标原点）的坐标表达方式，如：U__W__，其中U代表X方向的相对坐标（即增量坐标）, W代表Z方向的相对坐标（即增量坐标）。

另外，由于在车床上如果刀架沿径向（即纵向X向）运动1.0mm的距离的话，车出来的工件半径将增大或减小1.0mm，直径将增大或减小2.0mm，而我们在加工过程中只能测量直径，所以为了便于操作员简易加工，数控车床往往将纵向X方向的坐标数值故意双倍显示和计算（以后本文将称直径量），无论在屏幕显示还是在程序编制等都以双倍量（即直径量）来计算，把1∶1的半径量暂时忘掉！

在全机能数控车床上，刀架在主轴轴心线里侧（远离操作者的一侧），相对于操作者来说，前后方向为X轴，左右方向为Z轴，刀架往前移动为X正方向，因为它这样是远离工件，同理，Z轴是以刀架往尾座方向为正方向，因为这样是远离工件。在平导轨的经济型数控车床上，由于刀架在接近操作者的这一侧，所以X轴的正方向是指向外侧，正好与图2-50相反，因为刀架往外是远离工件。

要跑坐标实现加工，首先得建立坐标系（图2-51），在数控车床上建立的坐标系我们可以把他分为类：①机械坐标系，②工件坐标系。

（1）机械坐标系。机械坐标系是通过硬件（参考点行程开关或参考点接近开关和参考点位置挡块组成）来设定在机床上的固定位置以固定的坐标值，而实现在机床上相对固定的坐标系，具体方法是通过机床手动回参考点实现：将机床方式开关选择到回参考点方式位置：按住键直到刀架沿X轴正方向快速运动完开始减速时再松开，减速时实际上是行程开关或接近开关碰上参考点行程挡块了，减速后慢速运动，直到伺服电机转到一个固定的角度后再停止并将机械坐标变为固定的一个值，X轴回参考点完毕，同理按住键实现Z轴回参考点。通过这种方法建立的坐标系即为机械坐标系或称机床坐标系，这种坐标系是通过回参考点（每次回到机床上某一固定的位置）实现的，并赋以固定的坐标值，也就固定了坐标轴在机床上的位置（即建立了固定的坐标系），以后每次因为断电或其他原因发生了不正常的坐标系移位，都可以通过回参考点的方式重新纠正机械坐标系，恢复正常加工。

（2）工件坐标系。工件坐标系是在工件夹持到机床上以后，在工件特定位置重新建立的便于根据机械零件图纸直观概念直接编程的坐标系，而这种坐标系的建立不是通过机床硬件实现的，所以它不具备机械坐标系的那种“在机床上位置相对固定”的特性，所以为了保证工件坐标系的相对固定，工件坐标系的建立往往是通过在机械坐标系的基础上再进行平移而得到的，而这种平移（即工件坐标系的建立）有几种途径：①G50工件坐标系的强制设立；②G54、G55、G56、G57、G58、G59等工件坐标系设定指令；③EXT外部工件坐标系设定指令；④刀具形状补偿和刀具磨损补偿；⑤“工件移”实现坐标平移。

1）G50工件坐标系的强制设立：在数控车床上，为了方便编程，我们往往将X轴（径向）的零点（即Z坐标轴）设在零件的轴心线上（因为车床加工的零件基本上都是旋转体），该轴心线在机床上刚好是与主轴轴心重合的；我们往往又将Z轴（轴向）的零点（即X坐标轴）设在工件的某个净尺寸端面上。我们建立工件坐标系的过程往往是通过试切削的方式实现的，我们现在先调任意一把刀，假设先调三号刀：将方式开关拨到MDI方式，按一下系统键盘上的PROG键，再键入：T0300，以后按程序启动键，机床将自动将3号刀调到当前使用位置（也可以不通过这种方法，而直接在手动方式（JOG方式）下按手动调刀键，直到将3号刀转到当前位置），然后在MDI方式键入“ S300M03;”再程序启动键，以合适的转速启动主轴使之正转，再用手摇轮移动刀架以合适的切削量实现手工切削工件外圆，切出一定长度后，用手摇轮再将刀具沿Z方向推退出（要保持X方向不动），停止主轴旋转，用游标卡尺测量切削部分外圆直径（假设测量值为φ60.32），将方式开关扳到MDI方式，按键输入“ G50X60.32;”再按程序启动键，此处的绝对坐标就立即变为“ X60.32”, X方向的坐标是双算的直径量，大家想一想：X零点在哪呢？应该在前方30.16毫米的位置，而往前30.16毫米的位置恰恰就在工件的旋转中心，工件的旋转中心也就是机床的主轴中心；同理，用手摇轮将刀具移动到工件端面，假设此端面还要切除2.2毫米的余量，则在MDI方式下输入“G50Z2.2”再按程序启动键，此时此处的绝对坐标就立即变为“Z2.2”，此时毛坯端面的Z坐标为2.2，那么大家在想一想：Z轴零点在哪呢？当然在Z轴负方向离此处2.2毫米的地方，

而那里恰恰就是工件净尺寸的端面。这样一来工件坐标系就建立了，而G50这种建立坐标系的方式就是通过强制命令当前位置点的坐标的方式来强制建立坐标系的。G50建立坐标系的方式是强制性的，所以它能取消G54（或G55……G59）的偏移，但在它的基础上还可以再进行各把刀具的补偿平移。

2）G54～G59工件坐标系的建立。G54、G55、G56、G57、G58、G59六个指令功能相同，它们的功能和刀具补偿TXXXX功能一样，同样是在补偿表里写入坐标偏移量，再在程序里执行对应补偿指令，实现坐标偏移建立工件坐标系，只不过G54～G59的权限比刀具补偿TXXXX大，相对于刀补来说是个基础平台，通俗地讲就是说一旦执行了G54（或G55……G59）执行了偏移，所有的刀具补偿将是在G54（或G55……G59）的偏移量基础上再进行各把刀的平移，G54（或G55……G59）就成了刀具补偿之前的平台。但G50出现将取消G54（或G55……G59）执行的平移。

使用方法：我们现在先调任意一把刀，假设先调三号刀：将方式开关拨到MDI方式，按一下系统键盘上的PROG键，再键入：T0300，以后按程序启动键，机床将自动将3号刀调到当前使用位置，也可以不通过这种方法，而直接在手动方式（JOG方式）下按手动调刀键，直到将3号刀转到当前位置，然后在MDI方式键入“ S300M03;”再程序启动键，以合适的转速启动主轴使之正转，再用手摇轮移动刀架以合适的切削量实现手工切削工件外圆，切出一定长度后，用手摇轮再将刀具沿Z方向推退出（要保持X方向不动），停止主轴旋转，用游标卡尺测量切削部分外圆直径（假设测量值为φ60.32），然后按键，按[ WORK]软键，出现如图2-52画面：

将光标落到你打算设定的某一个位置G54（或G55……G59），假设你就想用G54来平移，再通过键盘键入X60.32，这时出现如图2-53所示的新的功能软键：

按功能软键[MEASURE]功能软键（中文为[测量]），系统将根据您输入的X60.32和现在的机械坐标X值自动计算出坐标平移量，并将平移量自动输入，也就是说只要G54一被执行，现在位置的X坐标立即就会变成X60.32, X方向的坐标是双算的直径量，大家想一想：X零点在哪呢？应该在前方30.16毫米的位置，而往前30.16毫米的位置恰恰就在工件的旋转中心，工件的旋转中心也就是机床的主轴中心，同理，用手摇轮将刀具移动到工件端面，假设此端面还要切除2.2毫米的余量，则在上图画面输入“Z2.2”再按[MEASURE]功能软键（中文为[测量]），此时Z方向的坐标平移量就会立即自动被计算好并输入你光标所落的位置，只要一执行G54，此处的绝对坐标就立即会变为“Z2.2”（当然现在这个时候你不要执行这个指令），将毛坯端面的Z坐标为2.2，那么大家在想一想：Z轴零点在哪呢？当然在Z轴负方向离此处2.2毫米的地方，而那里恰恰就是工件净尺寸的端面。这就完成了G54工件坐标系的设置，以后执行程序时只要在程序里出现一下G54指令，G54偏置表里（上表）设置的坐标平移量就会立即被执行，工件坐标系立即平移到你指定的编程位置。在现在这个坐标系里，换一把刀，还可以再建立刀具补偿来弥补不同刀具在X/Z方向的位置差别，也就是说G54（或G55……G59）相对于刀具补偿来说是一个平台。

3）EXT。外部工件坐标系设定EXT外部工件坐标平移的功能和G54（或G55……G59）一样，只不过它不需要在程序里执行偏移指令，只要在偏置表里一设置，偏移动作就立即

执行，而且如果在程序里再出现G54（或G55……G59）它将和G54（或G55……G59）的偏移进行叠加，也就是说EXT相对于G54（或G55……G59）来说是G54（或G55……G59）的平台，相对于刀具补偿来说也是平台，G50同样能取消该功能。

4）刀具补偿。刀具补偿和G54（或G55……G59）功能极其相近，只不过它以G54（或G55……G59）为平台，同样是在补偿表里设定平移量后在程序里出现TXXXX指令即可执行平移，平移量设在某一号表里，执行指令时同样要取对应号的指令。

使用方法：我们现在先调任意一把刀，假设先调三号刀：将方式开关拨到MDI方式，按一下系统键盘上的PROG键，再键入：T0300，以后按程序启动键，机床将自动将3号刀调到当前使用位置也可以不通过这种方法，而直接在手动方式（JOG方式）下按手动调刀键，直到将3号刀转到当前位置，然后在MDI方式键入“ S300M03;”再程序启动键，以合适的转速启动主轴使之正转，再用手摇轮移动刀架以合适的切削量实现手工切削工件外圆，切出一定长度后，用手摇轮再将刀具沿Z方向推退出（要保持X方向不动），停止主轴旋转，用游标卡尺测量切削部分外圆直径（假设测量值为φ60.32），然后按键，按[ GEOM]软键（中文为“形状”），出现如图2-54画面：

将光标落在你打算存储的刀补号的X位置上，比如落在5号刀补的X位置，输入“X60. 32”，画面立即出现新的功能键（图2-55）：

按[MEAS]（中文为[测量]）的功能软键，系统将根据您输入的X60.32和现在的机械坐标X值自动计算出坐标平移量，并将平移量自动输入，同理，用手摇轮将刀具移动到工件端面，假设此端面还要切除2.2毫米的余量，则在上图画面将光标落在5号刀补表的Z位置，输入“Z2.2”再按[MEASURE]功能软键（中文为[测量]），此时Z方向的坐标平移量就会立即自动被计算好并输入你光标所落的位置，这就完成了第3号刀具的位置补偿，补偿值在5号补偿表里，那么只要在程序里出现T0305机床就会将第三把刀旋转到当前工作位置，并执行5号表的补偿，将坐标系平移到你制定的位置，同理可进行其他刀具的试切削，设置出其他刀具的补偿。刀具补偿平移可以在G54（或G55……G59）执16Tf-16行的平移基础上再用各把刀的刀具补偿来实现二次平移，最终将坐标系原点都平移到主轴轴心线和工件某端面的交点上，也可以单用G54（或G55……G59），比如第一把刀用G54，第二把刀用G55，第三把刀用G56……，到程序里就写“G54T0100”, “G55T0200”……，一般情况下我们在加工中心上会用到刀长补偿和G54（或G55……G59）一起平移坐标，在数控车床上用了G54（或G55……G59）就不需用刀具形状补偿了，不过刀具磨损补偿还是经常应用的，好下面我们再看看刀具磨损补偿是怎样运用的？从“刀具磨损补偿”的字面来看就知道它是在刀具磨损的时候才会用上，当刀具磨损的时候正常会使加工出来的零件尺寸偏大，所以我们必须得对尺寸进行微调，这时候我们就在刀具磨损补偿表里进行微调性的偏移设置，具体操作方法如下：假设由于五号刀具磨损（假设五号刀具使用的是一号刀补），我们检测工件的直径正了三丝（0.03mm）我们就按一下键，再按一下[WEAR]软键（中文界面叫“摩耗”），就会出现如图2-56所示画面：

我们将光标落在一号刀补表的X位置，输入“-0.03”后按[ +INPUT]键将“-0.03”值叠加输入到一号刀具磨损补偿表的X位置，一号刀具磨损补偿表的值就会变成“1.483”，这一来下面加工的零件直径就会小三丝，恢复了正常尺寸的加工，其实“摩耗”和“形状”两种形式名称和用途不一样，但原理是一样的，两者甚至可以互换使用，只不过我们把一个当作粗调，把另外一个当作微调而已，我们把粗调和微调对调使用是完全可以的（图2-57）。

4）工件移。工件移实际上是将所有工件坐标系进行平移的一种偏置方法，假设我们在撤完第一个工件后再加工第二个工件时发现第二个工件裝夹时从卡盘里伸出较场了一点，也就是说工件端面（将要设置的Z零点）比第一工件更偏向尾座了，我们就将某一把刀具连同其坐标偏置一起调出来，再用手动或手摇轮将刀具移动到工件端面，这时按键，再按扩展键，直到出现[ WK.SHIFT]键后再按[ WK.SHIFT]键，出现图2-58画面：

将光标移动到（SHIFTVALUE）（中文显示为“设定值”）部位的Z位置，输入“MZ0”后按[INPUT]键输入，系统就会自动根据现有的坐标系，包括刀具补偿和G54（或G55……G59）和我们命令它的Z0计算出差值，并将差值自动设置到光标所落得位置，并立即起作用，实现现在的工件坐标系在现在工件端面上的功能，（注意在干完第一个工件赶第二个工件时各把刀具在X方向的刀具补偿均不需要重新设置，哪怕第二个零件和第一个零件不一样，只需要对Z方向的补偿值重新校对和设置，而现在用工简易的方法就只需要将其中一把刀具带原坐标系校对一下就可以了）

看上图以后我们又发现还有一组数据叫[MEASUREMENT]（中文显示叫“测定值”），这是什么呢？其实我们上述的输入办法不是唯一的，上述过程我们还可以这样进行：将光标落在右边测定值的Z位置，直接键入“Z0”再按[INPUT]键即可，和第一种方法效果是一样的。

好了我们讲述了五种坐标偏移方法以后，可能是种类繁多就有一点糊涂了，我们就再来理一下五种偏置的关系：

从图2-59可以看出，如果机械坐标一旦移动，其他坐标系，将全部发生平移，但要补充说明的是，如果机械坐标系一旦发生平移（重新手动回参考点）, G50建立的坐标系就会消失，刀具补偿建立的坐标系，就会发生平移，如果刀具补偿建立在G50坐标系基础之上，在G50坐标系消失的同时，刀具补偿建立的坐标系就会直接相对于机械坐标系平移，就会错误平移。

从图2-60可以看出，如果机械坐标系发生平移，在其基础上的其他坐标系都会发生等量平移，也就是说机械坐标系相对于其他坐标系来说是一个基础平台，依此类推，工件移相对于EXT、G54～G59、刀具补偿等建立的坐标系来说同样是基础平台，工件移一旦发生平移，EXT、G54～G59、刀具补偿等建立的坐标系都会发生等量平移，EXT外部工件系相对于G54～G59、刀具补偿来说又是平台，G54～G59相对于刀具补偿来说也是平台。除了机械坐标系以外，其他的坐标平移方法，你都可以任选其中之一或其中几种，也可以全部使用，但一定要结合实际情况，怎么方便你就怎么用。