淺析數(shù)控機床上的坐標系

馬同新　肇心剛

[摘要]講述數(shù)控機床當中的坐標系的規(guī)定，并闡述各個坐標系之間的聯(lián)系與區(qū)別。

[關鍵詞]數(shù)控機床 工件坐標系 編程坐標系

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0110111-02

數(shù)控機床是機電一體化產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)中的一個具有代表性的產(chǎn)品，它是計算機技術、電力電子技術在機械產(chǎn)品中的典型應用；它在加工產(chǎn)品時根據(jù)人們預先編制的G代碼程序進行自動加工。消除了在產(chǎn)品加工過程中人為的干擾造成產(chǎn)品的不合格和產(chǎn)品尺寸的不一致性。這里我們對數(shù)控機床的坐標系進行分析和認識。

談到數(shù)控機床人們就會想到機床坐標系、工件坐標系、編程坐標系以及機械坐標值、絕對坐標值、相對坐標值。那么他們之間有什么聯(lián)系和區(qū)別呢，我們以數(shù)控車為例進行分析。

人們在進行數(shù)控系統(tǒng)設計的過程中設置了機床坐標系和工件坐標系。對于數(shù)控機床坐標軸名稱及其方向，我國已制定了JB3051-1982《數(shù)控機床坐標和運動方向的命名》的數(shù)控標準，它于ISO標準相同。標準坐標系采用右手笛卡爾坐標系，如下圖（1）所示。

那么什么是機床坐標系、工件坐標系、編程坐標系呢？

機床坐標系就是用機床零點作為原點的坐標系叫做機床坐標系。當人們在操作機床時，通電后通常都要執(zhí)行手動返回參考點，就建立了機床坐標系；機床坐標系已經(jīng)建立就保持不變直到斷電。數(shù)控裝置上電時并不知道機床零點，為了正確的在機床工作時建立機床坐標系，通常在每個坐標軸的移動范圍內(nèi)設置一個機床參考點（測量起點），在機床啟動時，進行機動或手動回參考點，以建立機床坐標系；機床零點實際上是通過返回（或稱尋找）機床參考點來完成的。

在這里提到了參考點和機床零點，這是兩個不同的概念；機床的參考點與機床的零點可以重合在一點也可以不重合在一起，這是有數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)決定的，這對數(shù)控機床的操作及加工沒有任何的影響和區(qū)別，現(xiàn)在大部分數(shù)控機床的零點和參考點重合在一起，所以人們在日常中又把回參考點稱為“回零”，如圖（2）所示。

通過圖（2）可以看出參考點和機床零點是兩個不同的點，只不過有時重合在一起。

工件坐標系是用于加工工件的坐標系叫做工件坐標系；工件坐標系有CNC預先設定，已設定的工件坐標系可以通過移動其原點來變更。工件坐標系一旦建立就一直有效，直到新的工件坐標系代替為止。通電時一般默認G54工件坐標系為當前工件坐標系，如圖（3）所示。

一般數(shù)控系統(tǒng)都有幾個工件坐標系G54G59，但是只能由一個工件坐標系作為當前工件坐標系。因為數(shù)控機床在加工工件的運行過程中就是在工件坐標系中運行的。

編程坐標系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等的要求建立的坐標系，編程坐標系是供編程使用的，確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際位置。編程坐標系中各軸的方向應與所使用的數(shù)控機床相應的坐標軸方向一致。

從工件坐標系和編程坐標系的定義來看，這是兩個不同的坐標系。當我們不進行工件加工時，沒有對工件進行編程，這時就談不到編程坐標系的存在，但工件坐標系是已經(jīng)存在的并且已經(jīng)確立（只要機床返回參考點工件坐標系就已確立），我們還可以從以下幾個方面來分析：

（1）在數(shù)控機床上工件坐標系可以有6個；而對于一個工件，編程坐標系一般使用一個（對于車床而言）。

（2）工件坐標系的原點的變更只能通過對刀的方式進行改動，而編程坐標系是在編程時，編程人員任意設定的。

（3）在實際加工工件的過程中，剛安裝上工件（還沒有進行對刀之前），這兩個坐標系是一般不重合在一起的，如圖（4）所示。

通過圖（4）a可以看出工件坐標系和編程坐標系一般不重合在一起。通過圖（4）b可以看出通過對刀把工件坐標系進行偏移，才能使兩個坐標系重合在一起；因為數(shù)控機床是在工件坐標系下運行的，所以只有把兩個坐標系重合在一起，機床才能按照人們編寫的程序運行，加工出人們需要的工件。但是，兩個坐標系重合在一起，并不等于一個坐標系。

對于坐標值來說，機械坐標就是在機床坐標系中刀具位置的顯示。絕對值坐標是刀具位置在工件坐標系中的顯示。相對值坐標是刀具位置相對于前一位置位移值的顯示。

通過以上的分析可以看出機床坐標系、工件坐標系、編程坐標系、機械坐標值、絕對坐標值和相對坐標值之間的聯(lián)系與區(qū)別。

參考文獻：

[1]FANUC-0i系統(tǒng)編程手冊.

[2]高楓、肖衛(wèi)寧主編，數(shù)控車削編程與操作.

[3]孫堅，數(shù)控機床編程與操作.

作者簡介：

馬同新，男，工程師，從事機床電器設計、改造、維修和數(shù)控機床編程的教學與培訓。