数控机床坐标系简介

ISO标准规定：
(1)不论机床的具体结构，一律看作是工件相对静止，刀具运动。
(2) 机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最 后按右手定则判定Y轴。 (3) 增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向
三、坐标轴运动方向的确定 1、X、Y、Z坐标轴与正方向的确定
（1）Z坐标轴 1）、 Z坐标轴的运动由传递切削力的主轴决定，与主轴平行的标准坐标轴为Z坐 标轴，其正方向为增加刀具和工件之间距离的方向。 2）、若机床没有主轴（刨床），则Z坐标轴垂直与工件装夹面。 3）、若机床有几个主轴，可选择一个垂直与工件装夹面的主要轴为主轴，并以 它确定Z坐标轴。
卧式车床的坐标系
立式车床的坐标系
立式数控铣床的坐标方向为： Z轴垂直（与主轴轴线重合），向上为正方向；面对机床立柱的左右移动方 向为X轴，将刀具向右移动（工作台向左移动）定义为正方向；根据右手笛卡尔 坐标系的原则，Y轴应同时与Z轴和X轴垂直，且正方向指向床身立柱。
卧式升降台铣床的坐标方向为： Z轴水平，且向里为正方向（面对工作台的平 行移动方向）；工作台的平行向左移动方向为X轴正方向；Y轴垂直向上
(2)工件坐标系原点 也称为工件原点或编程原点，由编程人员根据编程计算方便性、机床调整方 便性、对刀方便性、在毛坯上位置确定的方便性等具体情况定义在工件上的几何 基准点，一般为零件图上最重要的设计基准点

工件原点选择：
1.与设计基准一致 2.尽量选在尺寸精度高，粗糙度低 的工件表面
工件坐标 系原点
2、旋转运动
旋转运动A、B、C相应地表示其轴 线平行于X、Y、Z的旋转运动，其正 方向按照右旋螺纹旋转的方向。
4轴联动的数控机床的坐标系
5轴联动的加工中心的坐标系
3、主轴正旋转方向与c轴正方向的关系
主轴正旋转方向：
从主轴尾端向前端(装刀具或工件端)看顺时针方向旋转为主轴正旋转方向
对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C轴正方向相同
（3）、Y坐标轴
根据X、Z坐标轴，按照右手直角笛卡儿坐标系确定。 注：如在X、Y、Z主要直线运动之外还有第二组平行于它们的运动，可分别将它 们坐标定为U、V、W。
（4）工件的运动
上述坐标轴正方向，均是假定工件不动，刀具相对于工件作进给运动 而确定的方向，即刀具运动坐标系。但在实际机床加工时，有很多都是 刀具相对不动，而工件相对于刀具移动实现进给运动的情况。此时，应 在各轴字母后加上“ ’ ”表示工件运动坐标系。按相对运动关系，工 件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有： +X = −X’ +Y = −Y’ +Z = −Z’ +A = −A’ +B = −B’ +C=−C’
• 例：根据图1.8所示的数 控立式铣床结构图，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。 • （3）Y坐标：在Z、X坐标 确定后，用右手直角坐标 系来确定。
事实上，不管是刀具运动还是工件运动，在进行编程计算时， 一律都是假定工件不动，按刀具相对运动的坐标来编程。机床操作 面板上的轴移动按钮所对应的正负运动方向，也应该是和编程用的


拇指为x轴，
食指为Y轴， 中指为z轴
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。
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 。
在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，见下图
（3）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。
通常在数控铣床上机床原点和机 床参考点是重合的；而在数控车床上 机床参考点是离机床原点最远的极限 点。右图所示为数控车床的参考点与 机床原点。
• G54～G59在加工程序中出现时，即选择 了相应的加工坐标系。
G92的应用
程序为 G92 X50 Y50 Z10
G92 指令不使机床运动，其指定的坐标轴只是设定了工件 原点在机床坐标系中的位置，刀具并不产生运动。
工件坐标系设定指令（G50） 工件坐标系设定指令以程序原点为工 件坐标系的中心（原点），指定刀具出 发点的坐标值（如图3-19所示）。图G50 设定工作坐标系 输入格式：G50 X Z ，式中X、Z的 值是起刀点相对于加工原点的位置。
机床坐标系 原点
工件坐标系 原点
二、数控机床坐标系确定原则
1、刀具相对静止工件而运动的原则
假设：工件固定，刀具相对工件运动。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，就能根据零件图样确定机床的加工过程。 反过来，如果假设当工件运动时，在坐标轴符号上加“′”表示。
2、标准坐标系（机床坐标系）的规定 标准坐标系采用右手直角笛卡儿定则。基本坐标轴x、Y、z的关系及其正方 向用右手直角定则判定。拇指为x轴，食指为Y轴，中指为z轴，围绕x、Y、z各轴 的回转运动及其正方向+A、 +B、 +C分别用右手螺旋定则判定，拇指为x、Y、 z的正向，四指弯曲的方向为对应的A、B、C的正向。
§1-2数控机床坐标系
§1-2 数控机床的坐标系
本节内容要点:
一、数控机床坐标系的作用 二、数控机床坐标系确定原则 三、坐标轴运动方向的确定(重点) 四、机床坐标系与工件坐标系的关系(难点) 五、机床附加坐标系 六、工件的运动机床坐标系的关系
一、数控机床坐标系的作用
数控机床坐标系是为了确定工件在机床中的位置，机床运动部件特殊位置及 运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系。通过机床坐标 系的建立，可确定机床位置关系，获得所需的相关数据。

3.最好在工件的对称中心上 4.要便于测量和检测
车床的工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或 右端面。铣床的工件原点，一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件 对称中心处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面。对于形状 较复杂的工件，有时为编程方便可根据需要通过相应的程序指令随时 改变新的工件坐标原点；对于在一个工作台上装夹加工多个工件的情 况，在机床功能允许的条件下，可分别设定编程原点独立地编程，再 通过工件原点预置的方法在机床上分别设定各自的工件坐标系。
M M
W
M M
R R 参考点 参考点
P
W
Z Z
机床原点 机床原 点
W W X X
P P
程序原点 点 工件原点 工件原 点 程序原 R R 参考 点点 参 考 定 位 开 关关 定位开 W M Z
Z
Y
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ZZ
M
R
X X
R
X
Y X
W
X X
Z Z
机床坐标系与工件坐标系的关系
机床坐标系 原点
工件坐标系 原点
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。
每次开机启动后，或当机床因意外断电、紧急制动等 原因停机而重新启动时，都应该先让各轴返回参考点，进 行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差。
3、加工坐标系
（1）加工坐标系的确定 • 加工坐标系是指以确定的加工原点为基 准所建立的坐标系。 • 加工原点也称为程序原点，是指零件被 装夹好后，相应的编程原点在机床坐标 系中的位置。
•
在加工过程中，数控机床是按照工件装夹 好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加 工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件 图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、 计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实 际位置。对于加工人员来说，则应在装夹工件、 调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并 确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定 （即给出原点设定值），设定加工坐标系后就 可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标 值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对 于加工原点而言的,这样数控机床才能按照准确 的加工坐标系位置开始加工。
（2）、X坐标轴 1）、X坐标轴的运动是水平的，它平行于工件装夹面，是刀具或工件定位平面内 的运动的主要坐标。 2）、对于工件旋转的机床（车床、磨床），X坐标的方向在工件的径向上，并且 平行与横滑座，刀具离开工件回转中心的方向为X坐标的正方向。 3）、对于刀具旋转的机床（铣床），若Z坐标轴是水平的（卧式铣床），当由主 轴向工件看时，X坐标轴的正方向指向右方；若Z坐标轴是垂直的（立式铣床）， 当由主轴向立柱看时，X坐标轴的正方向指向右方；对于双立柱的龙门铣床，当由 主轴向左侧立柱看时，X坐标轴的正方向指向右方。 4）、对刀具和工件均不旋转的机床（刨床），X坐标平行于主要切削方向，并以 该方向为正方向。
（2）加工坐标系的设定 在机床坐标系中直接设定加工原点 ①加工坐标系的选择 编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的 交点上。
假设编程原点02就在 距机床原点O1为X3、 Y3、Z3处。并且X3=345.700mm, Y3=196.220mm, Z3=53.165mm。见右图
②设定加工坐标系指令
• G54～G59为设定加工坐标系指令。G54 对应一号工件坐标系，其余以此类推。 可在MDI 方式的参数设置页面中，设定 加工坐标系。如对已选定的加工原点O3， 将其坐标值 X3= -345.700mm Y3= -196.220mm Z3=-53.165mm 设在G54中，则表明在数控系统中设定了 1号工件加工坐标。
刀具运动坐标方向相一致。比如，对立式数控铣床而言，按+X轴移
动钮或执行程序中+X移动指令，应该是达到假想工件不动，而刀具 相对工件往右(+X)移动的效果。但由于在X、Y平面方向，刀具实际
上是不移动的，所以相对于站立不动的人来说，真正产生的动作却
是工作台带动工件在往左移动(即+X'运动方向)。若按+Z轴移动钮， 对工作台不能升降的机床来说，应该就是刀具主轴向上回升；而对
工作台能升降而刀具主轴不能上下调节的机床来说，则应该是工作
台带动工件向下移动，即刀具相对于工件向上提升。
四 机床坐标系与工件坐标系
1．机床坐标系与机床原点、机床参考点 (1)机床坐标系 机床坐标系是机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系， 是确定刀具(刀架)或工件(工作台)位置的参考系，并建立在机床原点上。
对于钻、镗、铣加工中心机床，主轴的正旋转方向为右旋螺纹进入工件的方向， 与c轴正方向相反
附加坐标系
对于直线运动，通常建立的附加 坐标系有： 指定平行于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。
指定不平行于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。对于回转运动， 如果还有平行或不平行于A、B、C的 第二回转运动，可指定为D、E和F。
(2)机床原点 现代数控机床都有一个基准位置，称为机床原点，是机床制造商设置在机床 上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的 起始点。 机床坐标系原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床原点。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。一般取在机 床运动方向的最远点。 通常车床的机床零点多在主轴法兰盘接触面的中心即主轴前端面的中心上。 主轴即为Z轴，主轴法兰盘接触面的水平面则为X轴。+X轴和+Z轴的方向指向加工 空间。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极 限位置上。
通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而
在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。
机床原点的设置（铣床）
机床参考点（车床）
2．工件坐标系与工件坐标系原点
(1)工件坐标系
编程人员在编程时根据零件图样及加工工艺设定的坐标系，也称为编程坐标系 工件坐标系坐标轴的确定与机床坐标系坐标轴方向一致。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。