1.4 數控機床的坐標系

1.4.1 數控機床坐標系的作用

數控機床坐標系是為了確定工件在機床中的位置、機床運動部件特殊位置及運動范圍，即描述機床運動，產生數據信息而建立的幾何坐標系。通過建立機床坐標系，可確定機床位置關系，獲得所需的相關數據。

1.4.2 數控機床坐標系確定依據

數控機床坐標系的確定依據為國際上統一的ISO841標準。

1.4.3 數控機床坐標系確定方法

①假設：工件固定，刀具相對工件運動。

②標準：采用右手笛卡兒直角坐標系，拇指為X向，食指為Y向，中指為Z向。圍繞X、Y、Z各軸的回轉運動及其正方向用右手定則判定分別為+A、+B、+C，如圖1-9所示。直角坐標系X、Y、Z又稱主坐標系或第一坐標系，如有第二組坐標系和第三組坐標系平行于X、Y、Z，則分別指定為U、V、W和P、Q、R。

③順序：先Z軸，再X軸，最后Y軸。

Z軸——機床主軸。

X軸——裝夾平面內的水平方向。

Y軸——由右手笛卡兒直角坐標系確定。

④方向：刀具遠離工件的方向為正方向，如圖1-10、圖1-11所示；反之，若工件移動，則其正向分別用X＇、Y＇、Z＇表示，X=-X＇，Y=-Y＇，Z=-Z＇。

1.4.4 數控機床原點、參考點、工件原點及對刀點

1.機床坐標系的原點

機床坐標系的原點也稱機床原點或零點，其位置在機床上是固定不變的。它在機床裝配、調試時就已經確定下來了，是數控機床進行加工的基準參考點，一般取在機床運動方向的最遠點。

在數控車床上，機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處；在數控銑床上，機床原點一般取在X、Y、Z坐標的正方向極限位置上。

2.機床參考點

機床參考點是機床上的一個固定的點，它的位置由各軸的參考點開關和撞塊位置以及各軸伺服電動機的零點位置來確定。參考點對機床原點的坐標是一個已知數，該點到機床坐標原點在進給坐標軸方向上的距離可以在機床出廠時設定，如圖1-12（a）所示。

通常在數控銑床上，機床原點和機床參考點是重合的；而在數控車床上，機床參考點是離機床原點最遠的極限點。數控機床開機時，必須先確定機床原點，即返回參考點的操作。只有機床參考點被確認后，刀具（或工作臺）移動才有基準。

3.工件原點

工件原點是為編程方便在零件、工裝夾具上選定的某一點或與之相關的點。以工件原點（也稱程序原點）為零點建立的一個坐標系，即為工件坐標系，編程時，所有的尺寸都基于此坐標系計算。工件坐標系的原點選擇要盡量滿足編程簡單，尺寸換算少，引起的加工誤差小等條件。一般情況下，程序原點應選在尺寸標注的基準或定位基準上。對車床編程而言，工件坐標系原點一般選在工件軸線與工件的前端面、后端面、卡爪前端面的交點上。

4.對刀點

對刀點是零件程序的起始點，對刀的目的是確定程序原點在機床坐標系中的位置，對刀點可與程序原點重合，也可在任何便于對刀之處，但該點與程序原點之間必須有確定的坐標聯系。加工開始時要設置工件坐標系，銑床用G92指令（車床一般用G50指令）可建立工件坐標系。如圖1-12（b）所示為廣數980T車床對刀點設置示意。

本章小結

本章主要介紹了數控機床的發展，數控機床的組成、分類及相關概念，重點介紹數控機床的工作過程和特點。

練習題

一、單項選擇題

1.世界上第一臺數控機床是（ ）年研制出來的。

A.1942

B.1948

C.1952

D.1958

2.世界上第一臺數控機床是（ ）。

A.數控銑床

B.數控車床

C.數控磨床

D.數控鏜床

3.閉環控制系統的反饋裝置裝在（ ）。

A.傳動絲杠上

B.電動機軸上

C.機床工作臺上

D.減速器上

4.開環伺服系統的主要特征是系統內（ ）位置檢測反饋裝置。

A.有

B.沒有

C.某一部分有

D.可能有

5.CNC系統中的PLC是（ ）。

A.可編程序邏輯控制器

B.顯示器

C.多微處理器

D.環形分配器

6.閉環系統的運動精度主要取決于（ ）。

A.機床機械結構的精度

B.驅動裝置的精度

C.位置檢測元器件的精度

D.計算機的運算速度

7.按照機床運動的控制軌跡分類，加工中心屬于（ ）。

A.輪廓控制

B.直線控制

C.點位控制

D.遠程控制

8.數控機床中把脈沖信號轉換成機床移動部件運動的組成部分稱為（ ）。

A.控制介質

B.數控裝置

C.伺服系統

D.機床本體

9.數控機床的聯動軸數是指機床數控裝置的（ ）同時達到空間某一點的坐標數目。

A.主軸

B.坐標軸

C.工件

D.電動機

10.只要數控機床的伺服系統是開環的，一定沒有（ ）裝置。

A.檢測

B.反饋

C.I/O通道

D.控制

11.采用數控機床加工的零件最好是（ ）。

A.單一零件

B.中小批量、 形狀復雜、 型號多變

C.大批量

D.以上都可以

12.數控機床的核心是（ ）。

A.伺服系統

B.數控系統

C.反饋系統

D.傳動系統

13.在數控機床坐標系中平行于機床主軸的直線運動為（ ）。

A.X軸

B.Y軸

C.Z軸

D.A軸

14.繞X軸旋轉的回轉運動坐標軸是（ ）。

A.A軸

B.B軸

C.Z軸

15.數控機床是在 （ ） 誕生的。

A.日本

B.美國

C.英國

D.中國

16.“NC”的含義是（ ）。

A.數字控制

B.計算機數字控制

C.網絡控制

D.操作人員控制

17.“CNC”的含義是（ ）。

A.數字控制

B.計算機數字控制

C.網絡控制

D.操作人員控制

18.數控機床上有一個原點，該點到機床坐標零點在進給坐標軸方向上的距離可以在機床出廠時設定，該點稱（ ）。

A.工件零點

B.機床零點

C.機床參考點

D.編程原點

19.刀具（ ）工件的運動方向為坐標軸的正方向。

A.接近

B.遠離

C.平行

D.垂直

20.控制介質的作用是（ ）。

A.開關量控制

B.存儲加工程序

C.軌跡插補

D.驅動主軸運動

21.下列數控機床中不需要控制點與點之間的運動軌跡的是（ ）。

A.數控鉆床

B.數控車床

C.數控銑床

D.加工中心

22.下列哪項不屬于數控機床的加工特點（ ）。

A.加工精度高

B.適應性強

C.生產效率高

D.適合大批量生產

23.（ ）原點通常由廠家確定。

A.程序

B.工件坐標系

C.機床坐標系

D.編程坐標系

24.閉環進給伺服系統與半閉環進給伺服系統主要區別在于（ ）。

A.位置控制器

B.檢測單元

C.伺服單元

D.控制對象

二、判斷題

1.數控機床適合大批量零件加工。 （ ）

2.1952年日本研制成功世界上第一臺數控機床。 （ ）

3.能同時控制兩個直線軸和一個旋轉軸的機床稱為兩軸半聯動機床。 （ ）

4.目前被廣泛使用的數控車床屬于點位直線控制數控機床。 （ ）

5.半閉環控制數控機床安裝有直線位移檢測裝置。 （ ）

6.需要頻繁改型的工件不適合在數控機床上加工。 （ ）

7.目前被廣泛應用的數控機床采用硬件接線。 （ ）

8.CNC機床的含義是計算機控制數控機床。 （ ）

9.伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩大部分。 （ ）

10.數控機床每次接通上電后在運行前首先應做的是回參考點。 （ ）

11.輪廓控制數控機床，不僅具有點位及直線控制數控機床的加工功能，而且具有各種輪廓切削加工功能。 （ ）

12.點位控制系統不僅要控制從一點到另一點的準確定位，還要控制從一點到另一點的路徑。 （ ）

13.只有采用CNC技術的機床才叫數控機床。 （ ）

14.最常見的兩軸半坐標控制的數控銑床，實際上就是一臺三軸聯動的數控銑床。（ ）

15.半閉環控制數控機床是在伺服電動機的軸或數控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際位移。（ ）