在数控机床上加工零件时,刀具与零件的相对运动,必须在确定的坐标系中才能按规定的程序进行加工。为了便于编程时描述机床的运动,简化程序的编制方法,保证记录数据的互换性,数控机床的坐标和运动方向均已标准化。GB/T 3208－1999标准规定了数控机床的坐标和运动方向的命名原则和标准。

1.标准坐标系的规定

标准规定,数控机床上的标准坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。如图1-21所示,X、Y、Z 为移动坐标轴,A、B、C 分别为绕X、Y、Z 轴的回转坐标轴。

2.坐标轴的命名和方向

如图1-21所示,大拇指的方向为X 轴的正方向,食指为Y 轴的正方向,中指为Z 轴的正方向,三个坐标轴相互垂直。当数控机床直线运动多于三个坐标轴时,则用U、V、W 轴分别表示平行于X、Y、Z 轴的第二组直线运动坐标轴,用P、Q、R 轴分别表示平行于X、Y、Z轴的第三组直线运动坐标轴。转动轴按右手螺旋定则确定,用A、B、C 分别表示绕X、Y、Z轴转动的转动轴,转动的正方向为四指方向,A、B、C 以外的转动轴用D、E 表示。机床某一坐标轴的正方向,是增大工件和刀具之间距离的方向。

图1-21　标准坐标系的规定

3.数控机床坐标轴的规定

在确定机床坐标轴时,一般先确定Z 轴,然后确定X 轴和Y 轴,最后确定其他轴。Z 轴的方向是由传递切削力的主轴确定的,与主轴轴线平行的坐标轴即Z 轴。如果机床没有主轴,则Z 轴垂直于工件装夹面,同时规定刀具远离工件的方向作为Z 轴的正方向。(www.daowen.com)

一般情况下,X 轴应为水平方向,平行于工件的装夹面,且垂直于Z 轴。对于刀具旋转的机床(如车床和磨床),若Z 轴为水平的,朝Z 轴负方向看,X 轴正向指向右方;若Z 轴为垂直的单立柱机床,从机床的前面向立柱看时,X 轴正向指向右方;若Z 轴为垂直的龙门式机床,从主要主轴向左手立柱看时,X 轴正向指向右方。

Y 坐标轴垂直于X、Z 坐标轴。Y 运动的正方向根据X 和Z 坐标的正方向,按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。

4.机床坐标系与工件坐标系

(1)机床坐标系与机床坐标系的原点。机床坐标系是机床上固有的坐标系,用于确定被加工零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置(如换刀点、参考点)以及运动范围等。机床坐标系原点称为机床原点或机床零点,它是机床上的一个固定点,也是工件坐标系、机床参考点的基准点,由机床制造单位确定,常用M 表示。

(2)工件坐标系与工件坐标原点。工件坐标系是编程人员在编制零件加工程序使用的坐标系,可根据零件图纸自行确定,用于确定工件几何图形上点、直线、圆弧等几何要素的位置。工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点,可用程序指令来设置和改变。根据编程需要,在一个零件的加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。工件零点常用W 表示。

工件坐标系也称编程坐标系,一般看作工件相对静止,刀具产生运动,这一原则是为了编程人员能够在不知道是刀具移近工件,还是工件移近刀具的情况下,就可以根据图样确定机床的加工过程。

(3)机床参考点。机床参考点是为了建立机床坐标系而在数控机床上专门设置的固定点,与机床零点的位置关系是固定的,常用R 表示。

(4)对刀点。对刀点就是在数控加工时,刀具相对工件运动的起点,程序就是从这一点开始的。对刀点也可以叫作“程序起点”或“起刀点”。对刀点可以设在被加工零件上,也可以设在夹具上,但是必须与零件的定位基准有一定的坐标尺寸联系,这样才能确定机床坐标系与零件坐标系的相互关系。对刀点通常也是程序的终点。