数控车床的坐标系统优化方案

坐标系的建立是用于确定刀具或工件的相对运动方向和位置的，也是为了确定工件几何图形上各几何关系要素（点、直线和圆弧等）的相互位置关系。

1.标准坐标系

为了便于在编程时准确地描述车床的运动，简化程序的编制方法并保证各相关记录数据的正确与互换性，数控车床的坐标和运动方向都已标准化了。规定机床坐标系中采用右手笛卡儿直角坐标系。直线进给坐标轴用X、Y、Z表示，常称为基本坐标轴。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则判定。图示中大拇指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示。根据右手螺旋定则，以大拇指指向+X、+Y、+Z方向，则食指、中指等的逆时针绕向是圆周进给运动的+A、+B、+C方向。

▲右手笛卡儿坐标

数控车床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带着工件运动来实现。上述坐标轴正方向，是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的方向。如果是工件移动则用加“′”的字母表示，按相对运动的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有：

+X=-X′，+Y=-Y′，+Z=-Z′

+A=-A′，+B=-B′，+C=-C′

同样，两者运动的负方向也彼此相反。

2.机床坐标轴的方向

机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局。

（1）Z坐标方向 Z坐标的运动由传递切削动力的主轴所决定。对任何具有旋转主轴的机床，其主轴与主轴轴线平行的坐标都称为Z坐标（简称Z轴）。根据坐标系正方向的确定，刀具远离工件的方向为该轴的正方向，即沿着Z轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离。

（2）X坐标方向 X坐标一般为水平方向并垂直于Z轴，对于工件旋转的机床（如车床），X坐标方向规定在工件的径向上且平行于车床的横导轨。同时也规定其刀具远离工件的方向为X轴的正方向，即沿着X轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离。

（3）坐标方向及确定各轴的方法 Y轴（通常为虚设的）垂直于X、Z坐标轴，与X轴和Z轴一起构成遵循右手定则的坐标系统。按笛卡儿坐标系确定机床各坐标系中各坐标时，应根据主轴先确定Z轴，然后再确定X轴，最后确定Y轴。

数控车床坐标系如下图。

▲卧式数控车床的坐标系

（4）旋转轴方向 旋转坐标A、B、C对应表示其轴线分别平行于X、Y、Z坐标轴的旋转坐标。对于工件旋转的主轴（如车床主轴），其正方向（+C′）与+C方向相反，对于前置刀架式车床，正转按标准应为反转（-C′），其“正转”是指习惯上的俗称。

3.机床原点和机床参考点(www.xing528.com)

（1）机床原点 机床原点又称为机床零点，是指机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已经调整好了，一般情况下不允许用户进行更改。

机床原点又是数控机床进行加工或位移的基准点。对于机床原点，有一些数控机床将机床原点设定在卡盘中心处，还有一些数控机床将机床原点设定在刀架位移的正向极限位置。

（2）机床参考点 对于大多数数控机床，开机第一步总是先要进行返回参考点操作（即回零操作）。开机回参考点的目的是建立机床坐标系，并确定机床坐标系的原点。该坐标系一经建立，只要机床不断电，将永远保持不变，并且不能通过编程对它进行修改。

▲机床原点设定于卡盘中心

▲机床原点设定于刀架正向运动极限点

机床参考点是数控机床上一个特殊位置的点，该点通常位于机床正向极限点处。机床参考点与机床原点的距离由系统参数设定，其值可以是零，如果其值为零，则表示机床参考点与机床原点重合，如果其值不为零，则机床开机回零后显示的机床坐标系的值即是系统参数中设定的距离值。

4.工件坐标系

（1）工件坐标系的建立 机床坐标系的建立保证了刀具在机床上的正确运动。但是，加工程序的编制通常是针对某一工件并根据零件图样进行的。为了便于尺寸计算与检查，加工程序的坐标原点一般都尽量与零件图样的尺寸基准相一致。这种针对某一工件并根据零件图样建立的坐标系就是工件坐标系，又称为编程坐标系。

（2）工件坐标系原点 工件坐标系原点也称编程原点，该点是指工件装夹完成后，选择工件上的某一点作为编程或工件加工的基准。

数控车床工件坐标系原点的选取如下图。X向一般选在工件的回转中心，而Z向一般选在加工完工件的右端面或左端面。采用左端面作为Z向工件原点，有利于保证工件的总长，而采用右端面作为Z向工件原点时，则有利于对刀。

▲工件坐标系原点

▲起刀点示意图

5.起刀点、换刀点的确定

（1）起刀点 起刀点是指在数控车床上加工零件时，刀具相对于零件的起点。起刀点是指循环车削指令的起始点，也是循环车削指令的终止点。实际中起刀点在X方向取毛坯直径，Z方向一般设在距离零件右端面2～5mm处。

（2）换刀点 换刀点是零件程序开始加工或是在加工过程中更换刀具的相关点。设立换刀点的目的是在更换刀具时让刀具处于一个比较安全的切削区域。换刀点可远离工件和尾座，也可在便于换刀的任何地方，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标系。

▲换刀点