数控编程

邯郸职业技术学院教案

教研室：机电一体化教研室 授课教师：贾建军

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数控编程

第1章 数控加工程序编制基础

1.3 数控机床的坐标系 1. 坐标系及运动方向的规定

在数控机床上进行加工，通常使用直角坐标系来描述刀具与工件的相对运动。应符合JB3051-82的规定。

(1)刀具相对于工件运动的原则。由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工件固定，有的是刀具固定，工件运动等等。为编程方便，一律规定为工件固定，刀具运动。

(2)标准的坐标系是一个右手直角坐标系，如图所示，姆指为X轴，食指为y轴，中指为Z轴，指尖指向各坐标轴的正方向，即增大刀具和工件距离的方向。同时规定了分别平行于X、Y、Z轴的第一组附加轴为U、V、W；第二组附加轴为P、Q、R。 (3)若有旋转轴时，规定绕X、Y、Z轴的旋转轴为A、B、C轴，其方向为右旋螺纹方向，见图所示。旋转轴的原点一般定在水平面上。若还有附加的旋转轴时用D、E定义，其与直线轴没有固定关系。 2. 坐标轴的规定

在确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，然后确定X轴和Y轴，最后确定其它轴。JB3051-82标准中规定，机床运动的正方向，是指增大工件和刀具之间距离的方向。

(1)Z轴 Z轴的方向是由传递切削力的主轴确定的，与主轴轴线平行的坐

标轴即为Z轴。如图所示。如果机床没有主轴，则Z轴垂直于工件装卡面。同时规定刀具远离工件的方向作为Z轴的正方向。例如在钻镗加工中，钻入和镗入工件的方向为Z坐标的负

方向，而退出为正方向。

(2)X轴 X轴是水平的，平行于工件的装卡面，且垂直于Z轴。这是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于工件旋转的机床(如车床、磨床等)，X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。对于刀具旋转的机床(铣床、镗床、钻床等)，如Z轴是垂直的，当从刀具主轴向立柱看时，X运动的正方向指向右。

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如果Z轴是水平的，当从主轴向工件方向看时，主轴的正方向指向右。

(3)Y轴 Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。y运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。

(4)旋转运动 围绕坐标轴X、Y、Z旋转的运动，分别用A、B、C表示。它们的正方向用右手螺旋法则判定。

(5)附加轴 如果除X、Y、Z坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为P、Q和R。 (6)工件运动时的相反方向 对于工件运动而不是刀具运动的机床，必须将前述为刀具运动所作的规定，作相反的安排。用带“’”的字母，如+Y’，表示工件相对于刀具正向运动指令。而不带“’”的字母，如+Y，则表示刀具相对于工件负向运动指令。二者表示的运动方向正好相反。对于编程人员只考虑不带“’”的运动方向。对于机床制造者，则需要考虑带“’”的运动方向。

3. 机床坐标系

前面建立的数控机床标准坐标系为确立数控机床坐标系打下了基础，其关键是确定数控机床坐标系的零点(原点)。数控机床设计有机床零点M，机床零点M是确定数控机床坐标系的零点以及其它坐标系和机床参考点(或基准点)的出发点。也就是说数控机床坐标系是由生产厂家事先确定的，可由机床用户使用说明书(手册)中查到。

通常车床的机床零点多在主轴法兰盘接触面的中心即主轴前端面的中心上。主轴即为Z轴，主轴法兰盘接触面的水平面则为X轴。+X袖和+Z轴的方向指向加工空间。

数控铣床的机床零点因生产厂家而异，例如有的数控铣床的机床零点在左前方，X、Y的正方向对着加工区，刀具在Z轴负方向移动接近工件。 4. 机床参考点R

数控机床坐标系是机床固有的坐标系统，它是通过操作刀具或工件返回机床零点M的方法建立的。但是，在大多数情况下，当已装好刀具和工件时，机床的零点已不可能返回，因而需设参考点R。机床参考点R是由机床制造厂家定义的一个点，R和M的坐标位置关系是固定的，其位置参数存放在数控系统中。当数控系统启动时，都要执行返回参考点R，由此建立各种坐标系。

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参考点R的位置是在每个轴上用档块和限位开关精确地预先确定好，参考点R多位于加工区域的边缘。

在绝对行程测量的控制系统中，参考点是没有必要的，因为每一瞬间都可以直接读出运动轴的准确坐标值。而在增量(相对)行程测量的控制系统中，设置参考点是必要的，它可用来确定起始位置。由此看出，参考点是用来对测量系统定标，用以校正、监督床鞍和刀具运动的测量系统。

多数数控机床都可以自动返回参考点R。如果因断电便控制系统失去现有坐标值，则可返回参考点，并重新获得准确的位置值。 5. 工件坐标系

数控机床坐标系是进行设计和加工的基准，但有时利用机床坐标系编制零件的加工程序并不方便。如图所示的零件，如果以机床坐标系编程，编程前必须计算出A、B、C、D和E点相对机床零点M的坐标，这样做较繁琐。如果选择工件某一固定点为工件零点，如图中的 W点，以工件零点为原点且平行于机床坐标轴X、Y、Z建立一个新坐标系，就称工件坐标系。如将图中的工件零点 W与机床零点M之间的坐标值输入数控系统，就可用工件坐标系按图纸上标注的尺寸直接编程，给编程者带来方

便。数控系统根据已输入的工件零点W相对机床零点M的坐标值和编程的尺寸，便自动计算出A、B、C、D和E各点相对机床零点的坐标值。这种处理方法称为工件坐标系的零点(原点)偏置(设置)，工件零点相对机床零点的坐标值称为零点偏置值。

工件零点W选择的原则：工件坐标系的零点是由操作者或编程者自由选择的，其选择的原则是:

(1)应使工件的零点与工件的尺寸基准重合。

(2)让工件图中的尺寸容易换算成坐标值，尽量直接用图纸尺寸作为坐标值。 (3)工件零点W应选在容易找正，在加工过程中便于测量的位置。

根据上述的原则，数控车床的工件零点W通常选在工件轮廓右侧边缘(如图所示)

或者左

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侧边缘的主轴轴线上。

(4)绝对坐标系与增量(相对)坐标系 在数控系统中，移动到一个坐标系的特定点运动可用绝对坐标系或增量(相对)坐标系描述。编写加工程序时，根据数控系统的坐标功能，从编程方便(即按零件图尺寸标注)及加工精度等要求出发选用坐标系。

绝对坐标系与增量坐标系可通过ISO标准和国标的准备功能指令G90、G91进行选择。G9O表示输入的尺寸字的数值为绝对值，G91表示输入的尺寸字的数值为增量值，这个绝对值与增量值的位置数值就指定了对应该坐标系的目标位置。

在坐标系中，对坐标系的原点，给出零件廓形点位置的距离或角度称为绝对值尺寸，这个坐标系称为绝对坐标系。如图中Pl~P9点的描述，其程序形式，例如P8至P9的直线段加工的尺寸字可写成

XO.0 Y70.0。

在坐标系中，坐标点的位置是由前一个位置算起的坐标增量值来表示距离或角度，而运动方向由其符号指定，称为增量值尺寸。如果是直线段轮廓，则相当于以

直线的起点(前段程序的终点)为坐标原点作平行于工件坐标系各轴的平行线建立一个新坐标系，称为相对(增量)坐标系。如果是圆弧段轮廓，则相当于以圆弧的圆心为坐标原点建立起相对坐标系。如图中的Pl~P9点的描述，其程序形式，例如P8至P9的直线段尺寸字可写成：G91 G01 X-70.O YO.0，相当于在P8点建立了一个相对坐标系XP8Y，P9点的坐标值为X=-70.0Y=O.0。

有些数控系统的增量值尺

寸不用G91指令，而是在运动的起点建立平行X、Y、Z的相对坐标系U、V、W，其程序用G01 U_ V_ W_表示，与用G91 X_ Y_ Z_ 等效。

在一个零件加工程序中，可以采用绝对值尺寸或者增量值尺寸，或者绝对值和增量值尺寸混合使用，这主要是使编程员编程时能方便地计算出程序段的尺寸数值。选用绝对坐标系还是相对坐标系编程，与零件图的尺寸标注方法有关。如图中零件尺寸为基准尺寸标注法，适宜用绝对值尺寸(G90)，而图2-24中零件尺寸为链接尺寸(相对尺寸)标注法，适宜用增量值尺寸(G91)。

6. 机床加工坐标系设定的实例 见多媒体课件

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