第2章 數(shù)控銑的坐標系與運動

1、第第2 2章章 數(shù)控銑的坐標系與運動數(shù)控銑的坐標系與運動 2.1 2.1 銑削加工的切削運動銑削加工的切削運動2.2 2.2 數(shù)控銑床的坐標系數(shù)控銑床的坐標系 1、數(shù)控銑削加工的切削運動是怎樣的? 2、數(shù)控銑削加工涉及到哪些運動形式？ 3、數(shù)控機床操作時需要設置哪些坐標系？課前請思考： 2.1 2.1 銑削加工的切削運動銑削加工的切削運動 零件加工的實質就是去除工件（毛坯）表面零件加工的實質就是去除工件（毛坯）表面上多余的材料，最后加工出人們想要的，有一定上多余的材料，最后加工出人們想要的，有一定適用性的零件。所有去除多余材料的加工、工件適用性的零件。所有去除多余材料的加工、工件表面的形成主要

2、有兩個要素決定，即：刀具切削表面的形成主要有兩個要素決定，即：刀具切削刃形狀和刀具相對于工件的運動。（如課本圖刃形狀和刀具相對于工件的運動。（如課本圖1-61-6所示）所示） 在金屬切削原理中，將刀具與工件的相對運動稱在金屬切削原理中，將刀具與工件的相對運動稱為為切削運動切削運動。而為了統(tǒng)一表示，規(guī)定所有的切削。而為了統(tǒng)一表示，規(guī)定所有的切削運動的速度及方向都是相對于工件定義的。同時，運動的速度及方向都是相對于工件定義的。同時，根據(jù)其在切削過程中起的作用，切削運動分根據(jù)其在切削過程中起的作用，切削運動分為主為主運動和進給運動運動和進給運動。 在數(shù)控系統(tǒng)中，在數(shù)控系統(tǒng)中，銑削時以刀具的回轉運動為

3、主銑削時以刀具的回轉運動為主運動。運動。主運動的實現(xiàn)是通過主軸伺服系統(tǒng)來完成主運動的實現(xiàn)是通過主軸伺服系統(tǒng)來完成的。即可以通過數(shù)控程序中的的。即可以通過數(shù)控程序中的S S指令（主軸功能）指令（主軸功能）對主軸就行調速、變速控制。對主軸就行調速、變速控制。2.1.2 2.1.2 數(shù)控銑削的進給運動數(shù)控銑削的進給運動2.1.1 2.1.1 數(shù)控銑削的主運動數(shù)控銑削的主運動 進給運動是配合主運動來依次切除工件的進給運動是配合主運動來依次切除工件的運動，運動，在銑削加工中，刀具相對于工件的移在銑削加工中，刀具相對于工件的移動為進給運動。動為進給運動。因此，機床結構不同，完成因此，機床結構不同，完成進給

4、運動的機構也不同，是由工作臺或主軸進給運動的機構也不同，是由工作臺或主軸箱的運動來實現(xiàn)的。箱的運動來實現(xiàn)的。 2.2 2.2 數(shù)控銑削的坐標系數(shù)控銑削的坐標系2.2.1 2.2.1 數(shù)控銑床的機床坐標系數(shù)控銑床的機床坐標系 加工中心加工中心 數(shù)控銑削坐標系數(shù)控銑削坐標系, ,包括機床坐標系和工件坐包括機床坐標系和工件坐標系，不同的加工中心其坐標系略有不同，機床坐標系各標系，不同的加工中心其坐標系略有不同，機床坐標系各坐標軸的關系符合右手笛卡爾坐標系準則。坐標軸的關系符合右手笛卡爾坐標系準則。 機床坐標系，是用來確定機床坐標系，是用來確定工件坐標系的基本坐標系；是工件坐標系的基本坐標系；是機床本

5、身所固有的坐標系；是機床本身所固有的坐標系；是機床生產(chǎn)廠家設計時自定的，機床生產(chǎn)廠家設計時自定的，其位置由機械擋塊決定，不能其位置由機械擋塊決定，不能隨意改變。該坐標系的位置必隨意改變。該坐標系的位置必須在開機后，通過手動回參考須在開機后，通過手動回參考點的操作建立。點的操作建立。 數(shù)控銑床（數(shù)控銑床（CNCCNC）或加工中心（）或加工中心（MCMC）是依據(jù)坐標系是依據(jù)坐標系統(tǒng)來確定其刀具運動的路徑，因此坐標系統(tǒng)對統(tǒng)來確定其刀具運動的路徑，因此坐標系統(tǒng)對數(shù)控數(shù)控程序程序設計極為重要。設計極為重要。 數(shù)控機床的坐標數(shù)控機床的坐標采用采用的是的是右手直角右手直角笛卡爾笛卡爾坐標系坐標系統(tǒng)。如統(tǒng)。如

6、下圖下圖所示，大姆指表示所示，大姆指表示X X軸軸 ，食指表示，食指表示Y Y軸，中軸，中指表示指表示Z Z軸，且手指頭所指的方向為正方向。軸，且手指頭所指的方向為正方向。X X、Y Y、Z Z軸向是用于標注線性移動軸；另外定義三個旋轉軸，繞軸向是用于標注線性移動軸；另外定義三個旋轉軸，繞X X軸旋轉者稱為軸旋轉者稱為A A軸，繞軸，繞Y Y軸旋轉者稱為軸旋轉者稱為B B軸，繞軸，繞Z Z軸旋軸旋轉者稱為轉者稱為C C軸。三旋轉軸的正方向皆定義為軸。三旋轉軸的正方向皆定義為順著移動軸順著移動軸正方向看，順時針回轉為正，逆時針回轉為負正方向看，順時針回轉為正，逆時針回轉為負，如，如下圖下圖所示。

7、所示。 此外，坐標軸正方向應先定義Z軸，再定義X、Y軸。以工具機的主軸線為Z軸，再假設刀具不動，工件移動，以刀具遠離工件的方向為正，故以立式CNC銑床為例，主軸向上為“Z”方向，向下為 “Z” 方向，如下圖所示。接著定義X軸，以操作者面向床柱，其刀具沿左右方向移動者為X軸，且規(guī)定向右為正方向；最后依 右手直角坐標系統(tǒng)決定Y軸，故其刀具沿前后方向移動者為Y軸，向前為正Y方向，向后為負Y方向。以上定義者稱為程序坐標系（或稱為工件坐標系），其三軸的交點即14節(jié)所述的程序原點。如下圖的右側所示即為程序坐標系。程序設計人員是依據(jù)程序坐標系來指述刀具動路，且必須假設工件固定不動，刀具沿著工件輪廓移動加工。

8、 固定于工件上的笛卡爾坐標系。 是編程人員在編寫程序時，在工件上建立的坐標系。是為加工工件而使用的坐標系。（1 1）工件零點應選在零件的設計基準或工）工件零點應選在零件的設計基準或工 藝基準上藝基準上，這樣便于坐標值的計算，并減，這樣便于坐標值的計算，并減 少錯誤；少錯誤；（2 2）盡量選擇便于對刀的位置。）盡量選擇便于對刀的位置。2.2.1 2.2.1 數(shù)控銑床的工件坐標系數(shù)控銑床的工件坐標系 工件坐標系原點位置為工件零點。工件坐標系原點位置為工件零點。理論上工件零點設理論上工件零點設置是任意的，但實際上，它是編程人員根據(jù)零件特點為置是任意的，但實際上，它是編程人員根據(jù)零件特點為了編程方便以

9、及尺寸的直觀性而設定的。了編程方便以及尺寸的直觀性而設定的。 2.2.4 2.2.4 機床參考點（機床原點）機床參考點（機床原點） 機床原點（機械原點）是機床坐標系的原點機床原點（機械原點）是機床坐標系的原點，它的位，它的位置通常是在各坐標軸的最大極限處。機床坐標系原點又置通常是在各坐標軸的最大極限處。機床坐標系原點又叫機床零點（參考點的坐標為叫機床零點（參考點的坐標為0 0），它是其他所有坐標系，），它是其他所有坐標系，如如工件坐標系以及機床參考點的基準點。工件坐標系以及機床參考點的基準點。它是機床位置它是機床位置測量系統(tǒng)的基準點，一般用測量系統(tǒng)的基準點，一般用R R表示，用于對機床運動進行

10、表示，用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。機床坐標系的原點在機床制檢測和控制的固定位置點。機床坐標系的原點在機床制造出來時就已經(jīng)確定，不能隨意改變。參考點對機床原造出來時就已經(jīng)確定，不能隨意改變。參考點對機床原點的坐標是一個已知數(shù)。通常在數(shù)控銑床上機床原點和點的坐標是一個已知數(shù)。通常在數(shù)控銑床上機床原點和機床參考點是重合的。機床參考點是重合的。 回參考點（回零）回參考點（回零）是機床的一種工作方式。它的是機床的一種工作方式。它的目的就是在機床各種進給軸運動方向上尋找參考點，并目的就是在機床各種進給軸運動方向上尋找參考點，并在參考點處完成機床位置檢測系統(tǒng)的歸零操作，同時在參考點處完成機床位

11、置檢測系統(tǒng)的歸零操作，同時建建立機床坐標系立機床坐標系。2.2.3 2.2.3 工件坐標系與機床坐標系的關系工件坐標系與機床坐標系的關系 工件坐標系是當工件在機床上固定以后，工件原點與機床原點也就工件坐標系是當工件在機床上固定以后，工件原點與機床原點也就有了確定的位置關系，即兩坐標原點的偏差就已確定。這就要測量工件有了確定的位置關系，即兩坐標原點的偏差就已確定。這就要測量工件原點與機床原點之間的距離。這個原點與機床原點之間的距離。這個偏差值偏差值通常是由機床操作者在手動操通常是由機床操作者在手動操作下，通過工件測量頭或對刀的方式測量的。該測量值可以預存在作下，通過工件測量頭或對刀的方式測量的。

12、該測量值可以預存在數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)內或編寫在加工程序中，在加工時工件原點與機床原點的內或編寫在加工程序中，在加工時工件原點與機床原點的偏差值偏差值便便自動加到工件坐標系上，使自動加到工件坐標系上，使數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)按照機床坐標系確定工件的坐標值按照機床坐標系確定工件的坐標值，實現(xiàn)零件的自動加工。，實現(xiàn)零件的自動加工。 在加工過程中，數(shù)控機床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點位在加工過程中，數(shù)控機床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點位置和程序要求進行加工的。編程人員在編制程序時，只要根據(jù)零件樣圖置和程序要求進行加工的。編程人員在編制程序時，只要根據(jù)零件樣圖就可以選定編程原點；建立編程坐標系，計算

13、坐標數(shù)值，而不必考慮毛就可以選定編程原點；建立編程坐標系，計算坐標數(shù)值，而不必考慮毛坯裝夾的實際位置。坯裝夾的實際位置。 總之，總之，機床坐標系是機床運動控制的參考基準，而工件機床坐標系是機床運動控制的參考基準，而工件坐標系是編程時的參考基準。機床坐標系建立在機床上，坐標系是編程時的參考基準。機床坐標系建立在機床上，是機床固有的，一般由機床廠家設定，而工件坐標系建立是機床固有的，一般由機床廠家設定，而工件坐標系建立在工件上，根據(jù)編程習慣位置，他是可變的，即與工件安在工件上，根據(jù)編程習慣位置，他是可變的，即與工件安裝的位置有關。裝的位置有關。加工前時進行對刀來確定工件坐標原點在加工前時進行對刀來確定工件坐標原點在機床坐標原點的位置關系，將二者建立固聯(lián)關系。機床坐標原點的位置關