2.2　数控机床的坐标系统

在数控机床上，刀具的定位点、移动轨迹等都是以坐标值的形式给出的。因此，为了实现对刀具的运动控制，就必须在数控机床上建立坐标系，即确定坐标轴的方向和设定坐标原点的位置。

2.2.1　机床坐标系的基本规定

为了便于编程时描述机床的运动、简化程序的编制及保证程序的通用性，国际标准化组织对数控机床的坐标和方向制订了统一的标准，即ISO441标准。我国机械工业部1999年颁布了JB/T3051-1999《数控机床坐标和运动方向的命名》的标准，与ISO441等效。

1.刀具相对工件运动的原则 编程人员编程时可以假定机床加工时工件是静止的。如果刀具是相对于静止的工件作进给运动的，那么编程人员可以不必考虑具体机床在加工时是刀具移向工件还是工件移向刀具，可直接依据零件图样确定机床加工过程及编程。

2.机床进给运动的名称和方向 规定机床进给运动坐标轴用X、Y、Z表示。

在表示机床进给运动的坐标系中，X、Y、Z轴方向的关系符合右手直角笛卡儿坐标系规则，用右手的拇指、食指和中指分别代表X、Y、Z三轴，三个手指互相垂直，所指方向分别为X、Y、Z轴的正方向，如图2-3所示。

围绕平行于X、Y、Z坐标轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示。其正方向用右手螺旋定则确定，以大拇指指向+X、+Y、+Z轴方向，其余四指环绕方向就是圆周进给运动的+A、+B、+C方向。

3.机床进给运动正方向的确定 机床某一运动部件的运动正方向规定为增大工件与刀具之间距离的方向。也就是，刀具靠近工件表面为负方向且分别标注为-X、-Y、-Z，刀具远离工件表面为正方向且分别标注为+X、+Y、+Z。

4.产生机床正方向运动的工件运动名称 机床正方向进给运动主要有以下两种情况。

（1）由机床运动件带动刀具运动实现机床正方向进给运动：刀具正方向运动直接用+X、+Y、+Z、……、+C来表示。例如图2-4表示卧式车床的进给运动，图右上角所示是机床正方向运动+X、+Z的坐标轴方向，是由刀架带动刀具相对工件的+X、+Z轴方向运动完成的。

（2）由机床运动件带动工件运动实现机床正方向进给运动：此时工件运动方向用+X'、+Y'、+Z'、……、+C'表示。+X'、+Y'、+Z'、……、+C'用来表示产生机床正方向运动的工件运动的名称，与+X、+Y、+Z、……、+C表示的机床正方向运动方向恰好相反。例如图2-5、图2-6分别表示立式、卧式铣床的进给运动，图左上角所示是刀具正方向运动+X、+Y、+Z的坐标轴方向，实际上是由工件相对刀具的+X'、+Y'方向运动和刀具相对工件的+Z方向运动完成的。这样就清楚地表示了机床运动件的实际运动情况，这有利于操作人员观察和控制机床运动件的实际运动。

2.2.2　机床坐标轴及方向规定

在确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。在标准JB/T 3051-1999中规定：机床的某一运动部件的正方向是增大工件与刀具之间距离的方向。也就是，刀具靠近工件表面为负方向，刀具远离工件表面为正方向。

1.Z轴 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴为Z轴，Z轴的正方向为刀具离开工件的方向。

数控车床是主轴带动工件旋转的机床，主轴轴线方向为Z轴方向，如图2-4所示。数控铣床、加工中心是主轴带动刀具旋转的机床，主轴轴线方向为Z轴方向，如图2-5、图2-6所示。在钻镗加工中，钻入或镗入工件的方向是Z轴的负方向。如果机床上有几个主轴（如龙门铣床）或没有主轴（如牛头刨床），则选垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z轴方向，如图2-7所示。

2.X轴 X轴一般位于平行工件装卡面的水平面内是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标轴，并且垂直于Z轴。对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X轴的方向是在工件的径向上且平行于横向滑轨，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向，如图2-4所示。对于刀具旋转的机床（铣床、镗床、钻床等），如果Z轴是竖直（立式）的，当从刀具主轴向立柱看时，X轴的正方向指向右，如图2-5所示。如果Z轴是水平（卧式）的，当从刀具主轴向工件方向看时，X轴的正方向指向右，如图2-6所示。(www.daowen.com)

3.Y轴 Y轴垂直于X、Z轴。Y轴的正方向根据X、Z轴的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。

4.回转轴 围绕X、Y、Z坐标轴旋转的运动轴分别用A、B、C表示。它们的正方向用右手螺旋定则判定，如图2-3所示。

5.附加轴 如果除X、Y、Z主要坐标轴外还有平行于它们的坐标轴，则用附加坐标轴U、V、W分别表示平行于X、Y、Z三个坐标轴的第一组直线运动。如果还有平行于X、Y、Z轴的第二组直线运动，则附加坐标轴可分别指定为P、Q、R轴。

如果除回转运动轴A、B、C外还有平行或不平行A、B、C轴的一组回转运动轴，可分别指定为D、E、F轴。

2.2.3　数控加工坐标系

数控加工中常用的坐标系有机床坐标系和工件坐标系。

1.机床坐标系原点 在规定了机床坐标轴和方向后，必须确定机床原点，才能建立机床坐标系。机床原点又称为机床零点、机械原点，是机床坐标系的原点，是确定其他坐标系和机床参考点的基准点。该点是机床上一个固定的点，其位置由机床设计和制造厂家确定、由机床用户在使用说明书中查找使用。

2.机床参考点 机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。机床参考点一般设置在机床各轴靠近正方向极限的位置。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值，其位置参数存放在机床数控系统中。

对于采用增量式测量方式的数控机床，在接通电源后通常都要做回参考点操作，利用机床操作面板上的有关按钮控制机床测量目标定位到机床参考点。对于机床参考点和机床零点重合的机床，其回参考点操作又称为回零操作。数控系统在启动时通常都要做回参考点操作，使刀具或工作台退离到机床参考点，由此建立各种坐标系。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，这表明机床坐标系已自动建立。因此，回参考点操作是对机床参考基准的重新核定，可消除由于各种原因产生的基准偏差。

3.工件坐标系 机床坐标系的建立保证了刀具在机床上的正确运动。但由于加工程序的编制通常是针对某一工件根据零件图进行的，为了便于尺寸计算、检查，不直接使用机床坐标系，而是针对零件图建立工件坐标系。

工件坐标系是在编程时用来定义工件形状和刀具相对于工件运动的坐标系的。为了保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系也使用右手直角笛卡儿坐标系。在工件装夹完成后应保证工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。

工件坐标系的原点称为工件原点、工件零点或编程原点。工件原点在工件上的位置虽然可以任意选择，但一般应遵循以下原则：

（1）应使工件原点与工件的尺寸基准重合，有利于编程。

（2）工件原点最好选在工件的对称中心上。

（3）工件原点尽量选在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上。

（4）工件原点应选在容易找正、在加工过程中便于测量检测的位置。