第2章 数控铣的坐标系与运动

1、第第2 2章章 数控铣的坐标系与运动数控铣的坐标系与运动 2.1 2.1 铣削加工的切削运动铣削加工的切削运动2.2 2.2 数控铣床的坐标系数控铣床的坐标系 1、数控铣削加工的切削运动是怎样的? 2、数控铣削加工涉及到哪些运动形式？ 3、数控机床操作时需要设置哪些坐标系？课前请思考： 2.1 2.1 铣削加工的切削运动铣削加工的切削运动 零件加工的实质就是去除工件（毛坯）表面零件加工的实质就是去除工件（毛坯）表面上多余的材料，最后加工出人们想要的，有一定上多余的材料，最后加工出人们想要的，有一定适用性的零件。所有去除多余材料的加工、工件适用性的零件。所有去除多余材料的加工、工件表面的形成主要

2、有两个要素决定，即：刀具切削表面的形成主要有两个要素决定，即：刀具切削刃形状和刀具相对于工件的运动。（如课本图刃形状和刀具相对于工件的运动。（如课本图1-61-6所示）所示） 在金属切削原理中，将刀具与工件的相对运动称在金属切削原理中，将刀具与工件的相对运动称为为切削运动切削运动。而为了统一表示，规定所有的切削。而为了统一表示，规定所有的切削运动的速度及方向都是相对于工件定义的。同时，运动的速度及方向都是相对于工件定义的。同时，根据其在切削过程中起的作用，切削运动分根据其在切削过程中起的作用，切削运动分为主为主运动和进给运动运动和进给运动。 在数控系统中，在数控系统中，铣削时以刀具的回转运动为

3、主铣削时以刀具的回转运动为主运动。运动。主运动的实现是通过主轴伺服系统来完成主运动的实现是通过主轴伺服系统来完成的。即可以通过数控程序中的的。即可以通过数控程序中的S S指令（主轴功能）指令（主轴功能）对主轴就行调速、变速控制。对主轴就行调速、变速控制。2.1.2 2.1.2 数控铣削的进给运动数控铣削的进给运动2.1.1 2.1.1 数控铣削的主运动数控铣削的主运动 进给运动是配合主运动来依次切除工件的进给运动是配合主运动来依次切除工件的运动，运动，在铣削加工中，刀具相对于工件的移在铣削加工中，刀具相对于工件的移动为进给运动。动为进给运动。因此，机床结构不同，完成因此，机床结构不同，完成进给

4、运动的机构也不同，是由工作台或主轴进给运动的机构也不同，是由工作台或主轴箱的运动来实现的。箱的运动来实现的。 2.2 2.2 数控铣削的坐标系数控铣削的坐标系2.2.1 2.2.1 数控铣床的机床坐标系数控铣床的机床坐标系 加工中心加工中心 数控铣削坐标系数控铣削坐标系, ,包括机床坐标系和工件坐包括机床坐标系和工件坐标系，不同的加工中心其坐标系略有不同，机床坐标系各标系，不同的加工中心其坐标系略有不同，机床坐标系各坐标轴的关系符合右手笛卡尔坐标系准则。坐标轴的关系符合右手笛卡尔坐标系准则。 机床坐标系，是用来确定机床坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系；是工件坐标系的基本坐标系；是机床本

5、身所固有的坐标系；是机床本身所固有的坐标系；是机床生产厂家设计时自定的，机床生产厂家设计时自定的，其位置由机械挡块决定，不能其位置由机械挡块决定，不能随意改变。该坐标系的位置必随意改变。该坐标系的位置必须在开机后，通过手动回参考须在开机后，通过手动回参考点的操作建立。点的操作建立。 数控铣床（数控铣床（CNCCNC）或加工中心（）或加工中心（MCMC）是依据坐标系是依据坐标系统来确定其刀具运动的路径，因此坐标系统对统来确定其刀具运动的路径，因此坐标系统对数控数控程序程序设计极为重要。设计极为重要。 数控机床的坐标数控机床的坐标采用采用的是的是右手直角右手直角笛卡尔笛卡尔坐标系坐标系统。如统。如

6、下图下图所示，大姆指表示所示，大姆指表示X X轴轴 ，食指表示，食指表示Y Y轴，中轴，中指表示指表示Z Z轴，且手指头所指的方向为正方向。轴，且手指头所指的方向为正方向。X X、Y Y、Z Z轴向是用于标注线性移动轴；另外定义三个旋转轴，绕轴向是用于标注线性移动轴；另外定义三个旋转轴，绕X X轴旋转者称为轴旋转者称为A A轴，绕轴，绕Y Y轴旋转者称为轴旋转者称为B B轴，绕轴，绕Z Z轴旋轴旋转者称为转者称为C C轴。三旋转轴的正方向皆定义为轴。三旋转轴的正方向皆定义为顺着移动轴顺着移动轴正方向看，顺时针回转为正，逆时针回转为负正方向看，顺时针回转为正，逆时针回转为负，如，如下图下图所示。

7、所示。 此外，坐标轴正方向应先定义Z轴，再定义X、Y轴。以工具机的主轴线为Z轴，再假设刀具不动，工件移动，以刀具远离工件的方向为正，故以立式CNC铣床为例，主轴向上为“Z”方向，向下为 “Z” 方向，如下图所示。接着定义X轴，以操作者面向床柱，其刀具沿左右方向移动者为X轴，且规定向右为正方向；最后依 右手直角坐标系统决定Y轴，故其刀具沿前后方向移动者为Y轴，向前为正Y方向，向后为负Y方向。以上定义者称为程序坐标系（或称为工件坐标系），其三轴的交点即14节所述的程序原点。如下图的右侧所示即为程序坐标系。程序设计人员是依据程序坐标系来指述刀具动路，且必须假设工件固定不动，刀具沿着工件轮廓移动加工。

8、 固定于工件上的笛卡尔坐标系。 是编程人员在编写程序时，在工件上建立的坐标系。是为加工工件而使用的坐标系。（1 1）工件零点应选在零件的设计基准或工）工件零点应选在零件的设计基准或工 艺基准上艺基准上，这样便于坐标值的计算，并减，这样便于坐标值的计算，并减 少错误；少错误；（2 2）尽量选择便于对刀的位置。）尽量选择便于对刀的位置。2.2.1 2.2.1 数控铣床的工件坐标系数控铣床的工件坐标系 工件坐标系原点位置为工件零点。工件坐标系原点位置为工件零点。理论上工件零点设理论上工件零点设置是任意的，但实际上，它是编程人员根据零件特点为置是任意的，但实际上，它是编程人员根据零件特点为了编程方便以

9、及尺寸的直观性而设定的。了编程方便以及尺寸的直观性而设定的。 2.2.4 2.2.4 机床参考点（机床原点）机床参考点（机床原点） 机床原点（机械原点）是机床坐标系的原点机床原点（机械原点）是机床坐标系的原点，它的位，它的位置通常是在各坐标轴的最大极限处。机床坐标系原点又置通常是在各坐标轴的最大极限处。机床坐标系原点又叫机床零点（参考点的坐标为叫机床零点（参考点的坐标为0 0），它是其他所有坐标系，），它是其他所有坐标系，如如工件坐标系以及机床参考点的基准点。工件坐标系以及机床参考点的基准点。它是机床位置它是机床位置测量系统的基准点，一般用测量系统的基准点，一般用R R表示，用于对机床运动进行

10、表示，用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床坐标系的原点在机床制检测和控制的固定位置点。机床坐标系的原点在机床制造出来时就已经确定，不能随意改变。参考点对机床原造出来时就已经确定，不能随意改变。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。机床参考点是重合的。 回参考点（回零）回参考点（回零）是机床的一种工作方式。它的是机床的一种工作方式。它的目的就是在机床各种进给轴运动方向上寻找参考点，并目的就是在机床各种进给轴运动方向上寻找参考点，并在参考点处完成机床位置检测系统的归零操作，同时在参考点处完成机床位

11、置检测系统的归零操作，同时建建立机床坐标系立机床坐标系。2.2.3 2.2.3 工件坐标系与机床坐标系的关系工件坐标系与机床坐标系的关系 工件坐标系是当工件在机床上固定以后，工件原点与机床原点也就工件坐标系是当工件在机床上固定以后，工件原点与机床原点也就有了确定的位置关系，即两坐标原点的偏差就已确定。这就要测量工件有了确定的位置关系，即两坐标原点的偏差就已确定。这就要测量工件原点与机床原点之间的距离。这个原点与机床原点之间的距离。这个偏差值偏差值通常是由机床操作者在手动操通常是由机床操作者在手动操作下，通过工件测量头或对刀的方式测量的。该测量值可以预存在作下，通过工件测量头或对刀的方式测量的。

12、该测量值可以预存在数控数控系统系统内或编写在加工程序中，在加工时工件原点与机床原点的内或编写在加工程序中，在加工时工件原点与机床原点的偏差值偏差值便便自动加到工件坐标系上，使自动加到工件坐标系上，使数控系统数控系统按照机床坐标系确定工件的坐标值按照机床坐标系确定工件的坐标值，实现零件的自动加工。，实现零件的自动加工。 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，只要根据零件样图置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件样图就可以选定编程原点；建立编程坐标系，计算

13、坐标数值，而不必考虑毛就可以选定编程原点；建立编程坐标系，计算坐标数值，而不必考虑毛坯装夹的实际位置。坯装夹的实际位置。 总之，总之，机床坐标系是机床运动控制的参考基准，而工件机床坐标系是机床运动控制的参考基准，而工件坐标系是编程时的参考基准。机床坐标系建立在机床上，坐标系是编程时的参考基准。机床坐标系建立在机床上，是机床固有的，一般由机床厂家设定，而工件坐标系建立是机床固有的，一般由机床厂家设定，而工件坐标系建立在工件上，根据编程习惯位置，他是可变的，即与工件安在工件上，根据编程习惯位置，他是可变的，即与工件安装的位置有关。装的位置有关。加工前时进行对刀来确定工件坐标原点在加工前时进行对刀来确定工件坐标原点在机床坐标原点的位置关系，将二者建立固联关系。机床坐标原点的位置关