任務四 數控機床上的有關點

任務描述

機床原點與機床參考點之間有什么關系，它的重要性在哪里？工件坐標系原點是怎么樣確定的，它的選擇原則有哪些？

學習目標

了解數控機床上的相關點，掌握數控機床參考點的應用，理解數控機床參考點和機床原點之間的關系。理解工件坐標系原點確定的實質。

任務分析

數控機床上有關點的學習是編程應用中的關鍵，只有搞清楚相關點的聯系才能更好地理解數控機床的應用。

任務完成

在數控機床中，刀具的運動是在坐標系中進行的，在一臺機床上，有各種坐標系與零點。理解它們對使用、操作機床及編程都是很重要的。

一、機床原點

機床原點是指在機床上設置的一個固定的點，即機床坐標系的原點。它在機床裝配、調試時就已確定下來了，是數控機床進行加工運動的基準參考點。在數控車床上，原點一般取在卡盤端面與主軸中線的交點處，如圖1-2-10所示。圖中O1即為機床原點。在數控銑床上，機床原點一般取在X、Y、Z三個直線坐標軸正方向的極限位置上，如圖1-2-11所示。圖中O1即為立式數控銑床的機床原點。

二、機床參考點

許多數控機床（全功能型及高檔型）都設有機床參考點，該點至機床原點在其進給坐標軸方向上的距離在機床出廠時已準確確定，使用時可通過“返回參考點操作”方式進行確認。它與機床原點相對應，有的機床參考點與原點重合。它是機床制造商在機床上借助行程開關設置的一個物理位置，與機床原點的相對位置是固定的，機床出廠之前由機床制造商精密測量確定。一般來說，加工中心的參考點為機床的自動換刀位置。有的數控機床可以設置多個參考點，其中第一參考點與機床參考點一致，第二、第三和第四參考點與第一參考點的距離利用參數事先設置。接通電源后，必須先進行第一參考點返回，否則不能進行其他操作。

機床原點實際上是通過返回（或稱尋找）機床參考點來完成確定的。機床參考點的位置在每個軸上都是通過減速行程開關粗定位，然后由編碼器零位脈沖（或稱柵格零點）精定位的。數控機床通電后，必須首先使各軸均返回各自參考點，從而確定了機床坐標系后，才能進行其他操作。機床參考點相對機床原點的值是一個可設定的參數值。它由機床廠家測量并輸入至數控系統中，用戶不得改變。當返回參考點的工作完成后，顯示器即顯示出機床參考點在機床坐標系中的坐標值，表明機床坐標系已經建立。數控車床、銑工機床參考點如圖1-2-12和圖1-2-13所示。

三、刀架相關點

從機械上說，所謂尋找機床參考點，就是使刀架相關點與機床參考點重合，從而使數控系統得知刀架相關點在機床坐標系中的坐標位置。所有刀具的長度補償量均是刀尖相對該點（刀架相關點）長度尺寸，即為刀長。例如，對于車床有X刀長、Z刀長，對于銑床有Z刀長。可采用機上或機外刀具測量的方法測得每把刀具的補償量。

有些數控機床使用某把刀具作為基準刀具，其他刀具的長度補償均以該刀具作為基準，對刀則直接用基準刀具完成。這樣編程人員在編程中不管刀具多少，只要考慮一把刀的運行軌跡就可以了。但采用這種方式，當基準刀具出現誤差或損壞時，整個刀庫的刀補要重新設置。

四、裝夾原點

裝夾原點（Fixture Origin），用C表示。裝夾原點常見于帶回轉（或擺動）工作臺的數控機床或加工中心，一般是機床工作臺上的一個固定點，如回轉中心，與機床參考點的偏移量可通過測量，存入CNC系統的原點偏置寄存器（Origin Offset Register）中，供CNC系統原點偏移計算用。

五、工件坐標系原點

在工件坐標系上，確定工件輪廓的編程和計算原點，稱為工件坐標系原點，簡稱工件原點，也稱為編程零點。

在加工時，工件隨夾具安裝在機床上，這時測量工件原點與機床原點間的距離，稱為工件原點偏置。這個偏置一般用對刀或者測量得到。該偏置值預存入數控系統中（G50、G92、G54～G59），加工時工件原點偏置便能自動加到工件坐標系上，使數控系統可按機床坐標系確定加工時的絕對坐標值。因此，編程人員可以不考慮工件在機床上的實際安裝位置和安裝精度，而利用原點偏置功能，補償工件在工作臺上的位置偏差。

編程原點也稱工件原點，由編程人員在工件上根據編程方便，自行設定的編制加工程序用的原點。工件原點只與工件有關，而與機床坐標系無關。但考慮到編程的方便性，工件坐標系中各軸的方向應該與所使用的數控機床的坐標軸方向一致。工件原點的設置一般遵循以下原則。

（1）工件原點與設計基準或裝配基準重合，以利于編程。

（2）工件原點盡量選在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上。

（3）工件原點最好選在工件的對稱中心上，如圖1-2-14所示。

（4）要便于測量和檢驗，如圖1-2-15所示。

六、程序起點

程序起點指刀具（或工作臺）按加工程序執行時的起點，數控車床常用這一點作為換刀點。

七、刀位點

刀位點是刀具上的一個基準點，刀位點相對運動的軌跡即為加工路線，也稱為編程軌跡。

八、換刀點

換刀點是為了加工中心、數控車床等采用多刀加工的機床而設置的，因為這些機床在加工過程中要自動換刀，在編程時應考慮選擇合適的換刀位置，對于手動換刀的數控銑床，也應確定相應的換刀位置，為防止換刀時碰傷零件、刀具或夾具，換刀點常常設置在被加工零件的輪廓之外，并留有一定的安全量。

知識鏈接

在加工程序執行前，調整每把刀的位點，使其盡量與某一理想基準點重合，這一過程稱為對刀。理想基準點可以設定在刀具上，如基準刀的刀尖上；也可以設定在刀具外，如光學對刀鏡內的十字刻線交點。

對刀是指操作員在啟動數控程序之前，通過一定的測量手段，使刀位點與對刀點重合。可以用對刀儀對刀，其操作比較簡單，測量數據也比較準確。還可以在數控機床上定位好夾具和安裝好零件后，使用量塊、塞尺、千分表等，利用數控機床上的坐標對刀。在大批量生產過程中，更要考慮到對刀點的重復精度，該精度可用對刀點相對機床原點的坐標值來進行校核，操作者有必要加深對數控設備的了解，掌握更多對刀技巧。

1.對刀點的選擇原則

（1）在機床上容易找正，在加工中便于檢查，編程時便于計算，而且對刀誤差小。

（2）對刀點可以選擇零件上的某個點（如零件的定位孔中心），也可以選擇零件外的某一點（如夾具或機床上的某一點），但必須與零件的定位基準有一定的坐標關系。提高對刀的準確性和精度，即便零件精度要求不高或者程序要求不嚴格，所選對刀部位的加工精度也應高于其他位置的加工精度。

（3）選擇接觸面大、容易監測、加工過程未定的部位作為對刀點。

（4）對刀點盡可能與設計基準或工藝基準統一，避免由于尺寸換算導致對刀精度甚至加工精度降低，增加數控程序編寫的難度或零件數控加工的難度。對刀點的精度既取決于數控設備的精度，也取決于零件加工的要求，人工檢查對刀精度以提高零件數控加工的質量。

2.對刀點的選擇方法

對于數控車床或車銑加工中心類數控設備，由于中心位置（X0，Y0，Z0）已由數控設備確定，確定軸向位置即可確定整個加工坐標系，因此，只需要確定軸向的某個端面作為對刀點即可。

對于三坐標數控銑床或三坐標加工中心，相對數控車床或車銑加工中心復雜很多，根據數控程序的要求，不僅需要確定坐標系的原點位置（X0，Y0，Z0），而且要同加工坐標系G54、G55、G56、G57等的確定有關，有時也取決于操作者的習慣，對刀點可以設置在被加工零件上，也可以設在夾具上，但是必須與零件的定位基準有一定的坐標關系，Z方向可以簡單的通過確定一個容易檢測的平面去定，而X、Y方向需要根據具體零件選擇與定位基準有關的平面或圓來定。對于四軸或五軸數控設備，增加了第四、第五個旋轉軸，同三坐標數控設備選擇對刀點類似，由于設備更加復雜，同時數控系統更加智能化，提供了更多的對刀方法，需要根據具體數控設備和具體加工零件確定。

3.對刀的基本方法

1）定位對刀法

定位對刀法的實質是按接觸式設定基準重合原理而進行的一種粗定位對刀方法，其定位基準預設的對刀基準點來體現。對刀時，只要將各號刀的刀位點調整至與對刀基準點重合即可。該方法簡便易行，因而得到較廣泛的應用，但其對刀精度受到操作者技術熟練程度的影響，一般情況下其精度都不高，還須在加工或試切中修正。

2）光學對刀法

這是一種按非接觸式設定基準重合原理而進行的對刀方法，其定位基準通常由光學顯微鏡（或投影放大鏡）上的十字基準刻線交點來體現。這種對刀方法比定位對刀法的對刀精度高，并且不會損壞刀尖，是一種推廣采用的方法。

3）試切對刀法

在以上各種手動對刀方法中，均因可能受到手動和目測等多種誤差的影響，導致其對刀精度十分有限，往往需要通過試切對刀，以得到更加準確和可靠的結果。不同的系統操作方法不一樣，請參考說明書。

思考與練習

1.簡述數控機床上各種點的含義。

2.數控車削類機床上工件坐標系的原點是怎樣確定的？

3.數控鏜銑類機床上工件零點是怎么樣確定的？