第2章 數(shù)控銑的坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)

1、第第2 2章章 數(shù)控銑的坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)數(shù)控銑的坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng) 2.1 2.1 銑削加工的切削運(yùn)動(dòng)銑削加工的切削運(yùn)動(dòng)2.2 2.2 數(shù)控銑床的坐標(biāo)系數(shù)控銑床的坐標(biāo)系 1、數(shù)控銑削加工的切削運(yùn)動(dòng)是怎樣的? 2、數(shù)控銑削加工涉及到哪些運(yùn)動(dòng)形式？ 3、數(shù)控機(jī)床操作時(shí)需要設(shè)置哪些坐標(biāo)系？課前請(qǐng)思考： 2.1 2.1 銑削加工的切削運(yùn)動(dòng)銑削加工的切削運(yùn)動(dòng) 零件加工的實(shí)質(zhì)就是去除工件（毛坯）表面零件加工的實(shí)質(zhì)就是去除工件（毛坯）表面上多余的材料，最后加工出人們想要的，有一定上多余的材料，最后加工出人們想要的，有一定適用性的零件。所有去除多余材料的加工、工件適用性的零件。所有去除多余材料的加工、工件表面的形成主要

2、有兩個(gè)要素決定，即：刀具切削表面的形成主要有兩個(gè)要素決定，即：刀具切削刃形狀和刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)。（如課本圖刃形狀和刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)。（如課本圖1-61-6所示）所示） 在金屬切削原理中，將刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱在金屬切削原理中，將刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為為切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)。而為了統(tǒng)一表示，規(guī)定所有的切削。而為了統(tǒng)一表示，規(guī)定所有的切削運(yùn)動(dòng)的速度及方向都是相對(duì)于工件定義的。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)的速度及方向都是相對(duì)于工件定義的。同時(shí)，根據(jù)其在切削過(guò)程中起的作用，切削運(yùn)動(dòng)分根據(jù)其在切削過(guò)程中起的作用，切削運(yùn)動(dòng)分為主為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 在數(shù)控系統(tǒng)中，在數(shù)控系統(tǒng)中，銑削時(shí)以刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為

3、主銑削時(shí)以刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)主軸伺服系統(tǒng)來(lái)完成主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)主軸伺服系統(tǒng)來(lái)完成的。即可以通過(guò)數(shù)控程序中的的。即可以通過(guò)數(shù)控程序中的S S指令（主軸功能）指令（主軸功能）對(duì)主軸就行調(diào)速、變速控制。對(duì)主軸就行調(diào)速、變速控制。2.1.2 2.1.2 數(shù)控銑削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)數(shù)控銑削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2.1.1 2.1.1 數(shù)控銑削的主運(yùn)動(dòng)數(shù)控銑削的主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是配合主運(yùn)動(dòng)來(lái)依次切除工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是配合主運(yùn)動(dòng)來(lái)依次切除工件的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，在銑削加工中，刀具相對(duì)于工件的移在銑削加工中，刀具相對(duì)于工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)床結(jié)構(gòu)不同，完成因此，機(jī)床結(jié)構(gòu)不同，完成進(jìn)給

4、運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)也不同，是由工作臺(tái)或主軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)也不同，是由工作臺(tái)或主軸箱的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。箱的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2.2 2.2 數(shù)控銑削的坐標(biāo)系數(shù)控銑削的坐標(biāo)系2.2.1 2.2.1 數(shù)控銑床的機(jī)床坐標(biāo)系數(shù)控銑床的機(jī)床坐標(biāo)系 加工中心加工中心 數(shù)控銑削坐標(biāo)系數(shù)控銑削坐標(biāo)系, ,包括機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐包括機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系，不同的加工中心其坐標(biāo)系略有不同，機(jī)床坐標(biāo)系各標(biāo)系，不同的加工中心其坐標(biāo)系略有不同，機(jī)床坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸的關(guān)系符合右手笛卡爾坐標(biāo)系準(zhǔn)則。坐標(biāo)軸的關(guān)系符合右手笛卡爾坐標(biāo)系準(zhǔn)則。 機(jī)床坐標(biāo)系，是用來(lái)確定機(jī)床坐標(biāo)系，是用來(lái)確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系；是工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系；是機(jī)床本

5、身所固有的坐標(biāo)系；是機(jī)床本身所固有的坐標(biāo)系；是機(jī)床生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)時(shí)自定的，機(jī)床生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)時(shí)自定的，其位置由機(jī)械擋塊決定，不能其位置由機(jī)械擋塊決定，不能隨意改變。該坐標(biāo)系的位置必隨意改變。該坐標(biāo)系的位置必須在開(kāi)機(jī)后，通過(guò)手動(dòng)回參考須在開(kāi)機(jī)后，通過(guò)手動(dòng)回參考點(diǎn)的操作建立。點(diǎn)的操作建立。 數(shù)控銑床（數(shù)控銑床（CNCCNC）或加工中心（）或加工中心（MCMC）是依據(jù)坐標(biāo)系是依據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)確定其刀具運(yùn)動(dòng)的路徑，因此坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)統(tǒng)來(lái)確定其刀具運(yùn)動(dòng)的路徑，因此坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)數(shù)控?cái)?shù)控程序程序設(shè)計(jì)極為重要。設(shè)計(jì)極為重要。 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)采用采用的是的是右手直角右手直角笛卡爾笛卡爾坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)。如統(tǒng)。如

6、下圖下圖所示，大姆指表示所示，大姆指表示X X軸軸 ，食指表示，食指表示Y Y軸，中軸，中指表示指表示Z Z軸，且手指頭所指的方向?yàn)檎较?。軸，且手指頭所指的方向?yàn)檎较颉 X、Y Y、Z Z軸向是用于標(biāo)注線性移動(dòng)軸；另外定義三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，繞軸向是用于標(biāo)注線性移動(dòng)軸；另外定義三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，繞X X軸旋轉(zhuǎn)者稱為軸旋轉(zhuǎn)者稱為A A軸，繞軸，繞Y Y軸旋轉(zhuǎn)者稱為軸旋轉(zhuǎn)者稱為B B軸，繞軸，繞Z Z軸旋軸旋轉(zhuǎn)者稱為轉(zhuǎn)者稱為C C軸。三旋轉(zhuǎn)軸的正方向皆定義為軸。三旋轉(zhuǎn)軸的正方向皆定義為順著移動(dòng)軸順著移動(dòng)軸正方向看，順時(shí)針回轉(zhuǎn)為正，逆時(shí)針回轉(zhuǎn)為負(fù)正方向看，順時(shí)針回轉(zhuǎn)為正，逆時(shí)針回轉(zhuǎn)為負(fù)，如，如下圖下圖所示。

7、所示。 此外，坐標(biāo)軸正方向應(yīng)先定義Z軸，再定義X、Y軸。以工具機(jī)的主軸線為Z軸，再假設(shè)刀具不動(dòng)，工件移動(dòng)，以刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎?，故以立式CNC銑床為例，主軸向上為“Z”方向，向下為 “Z” 方向，如下圖所示。接著定義X軸，以操作者面向床柱，其刀具沿左右方向移動(dòng)者為X軸，且規(guī)定向右為正方向；最后依 右手直角坐標(biāo)系統(tǒng)決定Y軸，故其刀具沿前后方向移動(dòng)者為Y軸，向前為正Y方向，向后為負(fù)Y方向。以上定義者稱為程序坐標(biāo)系（或稱為工件坐標(biāo)系），其三軸的交點(diǎn)即14節(jié)所述的程序原點(diǎn)。如下圖的右側(cè)所示即為程序坐標(biāo)系。程序設(shè)計(jì)人員是依據(jù)程序坐標(biāo)系來(lái)指述刀具動(dòng)路，且必須假設(shè)工件固定不動(dòng)，刀具沿著工件輪廓移動(dòng)加工。

8、 固定于工件上的笛卡爾坐標(biāo)系。 是編程人員在編寫程序時(shí)，在工件上建立的坐標(biāo)系。是為加工工件而使用的坐標(biāo)系。（1 1）工件零點(diǎn)應(yīng)選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工）工件零點(diǎn)應(yīng)選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工 藝基準(zhǔn)上藝基準(zhǔn)上，這樣便于坐標(biāo)值的計(jì)算，并減，這樣便于坐標(biāo)值的計(jì)算，并減 少錯(cuò)誤；少錯(cuò)誤；（2 2）盡量選擇便于對(duì)刀的位置。）盡量選擇便于對(duì)刀的位置。2.2.1 2.2.1 數(shù)控銑床的工件坐標(biāo)系數(shù)控銑床的工件坐標(biāo)系 工件坐標(biāo)系原點(diǎn)位置為工件零點(diǎn)。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)位置為工件零點(diǎn)。理論上工件零點(diǎn)設(shè)理論上工件零點(diǎn)設(shè)置是任意的，但實(shí)際上，它是編程人員根據(jù)零件特點(diǎn)為置是任意的，但實(shí)際上，它是編程人員根據(jù)零件特點(diǎn)為了編程方便以

9、及尺寸的直觀性而設(shè)定的。了編程方便以及尺寸的直觀性而設(shè)定的。 2.2.4 2.2.4 機(jī)床參考點(diǎn)（機(jī)床原點(diǎn)）機(jī)床參考點(diǎn)（機(jī)床原點(diǎn)） 機(jī)床原點(diǎn)（機(jī)械原點(diǎn)）是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)機(jī)床原點(diǎn)（機(jī)械原點(diǎn)）是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)，它的位，它的位置通常是在各坐標(biāo)軸的最大極限處。機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)又置通常是在各坐標(biāo)軸的最大極限處。機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)又叫機(jī)床零點(diǎn)（參考點(diǎn)的坐標(biāo)為叫機(jī)床零點(diǎn)（參考點(diǎn)的坐標(biāo)為0 0），它是其他所有坐標(biāo)系，），它是其他所有坐標(biāo)系，如如工件坐標(biāo)系以及機(jī)床參考點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)。工件坐標(biāo)系以及機(jī)床參考點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)。它是機(jī)床位置它是機(jī)床位置測(cè)量系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，一般用測(cè)量系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，一般用R R表示，用于對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行

10、表示，用于對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和控制的固定位置點(diǎn)。機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床制檢測(cè)和控制的固定位置點(diǎn)。機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床制造出來(lái)時(shí)就已經(jīng)確定，不能隨意改變。參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原造出來(lái)時(shí)就已經(jīng)確定，不能隨意改變。參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)。通常在數(shù)控銑床上機(jī)床原點(diǎn)和點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)。通常在數(shù)控銑床上機(jī)床原點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)是重合的。機(jī)床參考點(diǎn)是重合的。 回參考點(diǎn)（回零）回參考點(diǎn)（回零）是機(jī)床的一種工作方式。它的是機(jī)床的一種工作方式。它的目的就是在機(jī)床各種進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)方向上尋找參考點(diǎn)，并目的就是在機(jī)床各種進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)方向上尋找參考點(diǎn)，并在參考點(diǎn)處完成機(jī)床位置檢測(cè)系統(tǒng)的歸零操作，同時(shí)在參考點(diǎn)處完成機(jī)床位

11、置檢測(cè)系統(tǒng)的歸零操作，同時(shí)建建立機(jī)床坐標(biāo)系立機(jī)床坐標(biāo)系。2.2.3 2.2.3 工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系 工件坐標(biāo)系是當(dāng)工件在機(jī)床上固定以后，工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)也就工件坐標(biāo)系是當(dāng)工件在機(jī)床上固定以后，工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)也就有了確定的位置關(guān)系，即兩坐標(biāo)原點(diǎn)的偏差就已確定。這就要測(cè)量工件有了確定的位置關(guān)系，即兩坐標(biāo)原點(diǎn)的偏差就已確定。這就要測(cè)量工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的距離。這個(gè)原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的距離。這個(gè)偏差值偏差值通常是由機(jī)床操作者在手動(dòng)操通常是由機(jī)床操作者在手動(dòng)操作下，通過(guò)工件測(cè)量頭或?qū)Φ兜姆绞綔y(cè)量的。該測(cè)量值可以預(yù)存在作下，通過(guò)工件測(cè)量頭或?qū)Φ兜姆绞綔y(cè)量的。

12、該測(cè)量值可以預(yù)存在數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)或編寫在加工程序中，在加工時(shí)工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)的內(nèi)或編寫在加工程序中，在加工時(shí)工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)的偏差值偏差值便便自動(dòng)加到工件坐標(biāo)系上，使自動(dòng)加到工件坐標(biāo)系上，使數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)按照機(jī)床坐標(biāo)系確定工件的坐標(biāo)值按照機(jī)床坐標(biāo)系確定工件的坐標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)加工。，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)加工。 在加工過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點(diǎn)位在加工過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點(diǎn)位置和程序要求進(jìn)行加工的。編程人員在編制程序時(shí)，只要根據(jù)零件樣圖置和程序要求進(jìn)行加工的。編程人員在編制程序時(shí)，只要根據(jù)零件樣圖就可以選定編程原點(diǎn)；建立編程坐標(biāo)系，計(jì)算

13、坐標(biāo)數(shù)值，而不必考慮毛就可以選定編程原點(diǎn)；建立編程坐標(biāo)系，計(jì)算坐標(biāo)數(shù)值，而不必考慮毛坯裝夾的實(shí)際位置。坯裝夾的實(shí)際位置。 總之，總之，機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制的參考基準(zhǔn)，而工件機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制的參考基準(zhǔn)，而工件坐標(biāo)系是編程時(shí)的參考基準(zhǔn)。機(jī)床坐標(biāo)系建立在機(jī)床上，坐標(biāo)系是編程時(shí)的參考基準(zhǔn)。機(jī)床坐標(biāo)系建立在機(jī)床上，是機(jī)床固有的，一般由機(jī)床廠家設(shè)定，而工件坐標(biāo)系建立是機(jī)床固有的，一般由機(jī)床廠家設(shè)定，而工件坐標(biāo)系建立在工件上，根據(jù)編程習(xí)慣位置，他是可變的，即與工件安在工件上，根據(jù)編程習(xí)慣位置，他是可變的，即與工件安裝的位置有關(guān)。裝的位置有關(guān)。加工前時(shí)進(jìn)行對(duì)刀來(lái)確定工件坐標(biāo)原點(diǎn)在加工前時(shí)進(jìn)行對(duì)刀來(lái)確定工件坐標(biāo)原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)的位置關(guān)系，將二者建立固聯(lián)關(guān)系。機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)的位置關(guān)