数控机床的组成及工作原理.ppt

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1、第第 2 章章 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理本章主要内容：本章主要内容：机床数控系统的组成及工作原理。机床机床数控系统的组成及工作原理。机床数控系统的分类：按加工功能分类，按伺服系统类型分数控系统的分类：按加工功能分类，按伺服系统类型分类，按数控装置类型分类，按数控系统功能水平分类，类，按数控装置类型分类，按数控系统功能水平分类，数控机床的坐标系。数控机床的坐标系。本章内容的重点：本章内容的重点：机床数控系统的组成及工作原理，按机床数控系统的组成及工作原理，按机床运动轨迹的数控机床分类，机床运动轨迹的数控机床分类，伺服系统的分类，伺服系统的分类，数控数控机床的坐标系机床的坐

2、标系。本章内容的难点：本章内容的难点：数控机床的坐标系。数控机床的坐标系。2.1 2.1 概述概述 数字控制数字控制-用计算机以数字指令方式对控制对用计算机以数字指令方式对控制对象加以控制的一种方法。象加以控制的一种方法。数控机床数控机床-一种装了程序控制系统（数控系统）一种装了程序控制系统（数控系统）的机床。的机床。 数控技术中常见的英文缩写及中文名称数控技术中常见的英文缩写及中文名称 NC-NC-数字控制数字控制 CNC-CNC-计算机数字控制计算机数字控制 MNC-MNC-微型计算机数字控制微型计算机数字控制 DNC-DNC-直接数字控制（分布式数字控制）直接数字控制（分布式数字控制）

3、PLC-PLC-可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器 CAD-CAD-计算机辅助设计计算机辅助设计 CAM-CAM-计算机辅助制造计算机辅助制造 FMS-FMS-柔性制造单元柔性制造单元 CIMS-CIMS-计算机集成制造系统计算机集成制造系统 CAPP-CAPP-计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划数控系统组成数控系统组成及工作过程及工作过程2.2 2.2 数控机床的组成数控机床的组成程序程序载体载体输入输入装置装置数控数控装置装置伺服驱动伺服驱动装置装置辅助辅助控制控制装置装置检测检测装置装置 机床机床（进给运动、（进给运动、主运动、主运动、辅助操作）辅助操作）主轴驱动主轴驱动装置装置1

4、1 程序及程序载体程序及程序载体 根据加工工艺编制程序单，并存放在程序载体上，以根据加工工艺编制程序单，并存放在程序载体上，以便输入到数控装置上。程序载体通常有穿孔纸带，磁盘便输入到数控装置上。程序载体通常有穿孔纸带，磁盘（软盘），（软盘），U U盘等。盘等。2 2 输入装置输入装置 将程序载体上的数控代码变成响应的电脉冲信号，传将程序载体上的数控代码变成响应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。输入装置通常有光电阅读机、磁盘送并存入数控装置内。输入装置通常有光电阅读机、磁盘驱动器（软驱）等，驱动器（软驱）等，USB USB （ 通用串行总线）控制器通用串行总线）控制器 。3 3 计算机数控装置

5、及强电控制装置计算机数控装置及强电控制装置 数控装置是一种装备了数控系统软件的专用计算机，数控装置是一种装备了数控系统软件的专用计算机，是数控机床的核心。是数控机床的核心。 a a，接收输入装置送来的脉冲信号，经编译、运算和，接收输入装置送来的脉冲信号，经编译、运算和逻辑处理后，输出相应的信号和指令经强电控制装置编逻辑处理后，输出相应的信号和指令经强电控制装置编译、判断、功率放大后驱动机床相应部件完成规定动作。译、判断、功率放大后驱动机床相应部件完成规定动作。 b b，行程开关、监控检测等开关信号经强电控制装置，行程开关、监控检测等开关信号经强电控制装置反馈到数控装置进行处理。反馈到数控装置进

6、行处理。4 4 伺服驱动系统及位置检测装置伺服驱动系统及位置检测装置 伺服驱动系统：由伺服驱动电路（伺服驱动器）和伺伺服驱动系统：由伺服驱动电路（伺服驱动器）和伺服驱动装置（伺服电机），它根据数控装置发来的指令驱服驱动装置（伺服电机），它根据数控装置发来的指令驱动机床的执行部件动作。有开环、半闭环、闭环之分。动机床的执行部件动作。有开环、半闭环、闭环之分。 位置检测装置：在半闭环、闭环系统中间接或直接测位置检测装置：在半闭环、闭环系统中间接或直接测量执行部件的实际位移，与指令位移进行比较，以便随时量执行部件的实际位移，与指令位移进行比较，以便随时纠正偏差。纠正偏差。 5 机床的机械部件机床的机

7、械部件 与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主运与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主运动部件、进给运动执行部件和辅助装置，但具有以下特点：动部件、进给运动执行部件和辅助装置，但具有以下特点： 传动结构更为简单，传动链较短，传动及变速系统传动结构更为简单，传动链较短，传动及变速系统要便于实现自动化，采用电主轴，伺服传动系统；要便于实现自动化，采用电主轴，伺服传动系统；车床用电主轴车床用电主轴铣床用电主轴铣床用电主轴同步齿形带传动同步齿形带传动 5 机床的机械部件机床的机械部件 与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主运动部件、进给运动

8、执行部件和辅助装置，但具有以下特运动部件、进给运动执行部件和辅助装置，但具有以下特点：点：机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度、更好的耐机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度、更好的耐磨性及抗震性、热变形小（如：采用花岗岩床身、树脂磨性及抗震性、热变形小（如：采用花岗岩床身、树脂水泥床身）；水泥床身）； 5 机床的机械部件机床的机械部件 与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主运与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主运动部件、进给运动执行部件和辅助装置，但具有以下特点：动部件、进给运动执行部件和辅助装置，但具有以下特点：采用高精度、高效传动部件（如：滚珠丝杆、直线滚采用高精度、高效传动

9、部件（如：滚珠丝杆、直线滚动导轨，圆柱滚动导轨，直线电机等）；动导轨，圆柱滚动导轨，直线电机等）；滚动导轨滚动导轨滚珠丝杆滚珠丝杆 5 机床的机械部件机床的机械部件 与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主运与普通机床相似，包括基础部分（支撑部件）、主运动部件、进给运动执行部件和辅助装置，但具有以下特点：动部件、进给运动执行部件和辅助装置，但具有以下特点： 采用刀库，自动换刀装置。采用刀库，自动换刀装置。链链式式刀刀库库( (带带机机械械手手) )2.3 2.3 数控机床的基本工作原理数控机床的基本工作原理 CRTCRT显示器显示器零件图零件图数控程序数控程序数控手册数控手册N1 G18N

10、2 G51数控数控机床机床数控装置数控装置操作面板操作面板数控机床的工作原理数控机床的工作原理零件图纸零件图纸CAD造造型模块型模块CAM处处理模块理模块输入工艺参数输入工艺参数后置处后置处理模块理模块 零件的几何图形输入到计算机中，建立起零件的零件的几何图形输入到计算机中，建立起零件的三维几何模型，通过数控编程模块，指定刀具半径、三维几何模型，通过数控编程模块，指定刀具半径、加工方式及切削用量等工艺参数，就能自动地计算出加工方式及切削用量等工艺参数，就能自动地计算出数控加工刀具中心轨迹数据，再通过调用相应的数控数控加工刀具中心轨迹数据，再通过调用相应的数控机床后置处理程序，就可生成数控加工程

11、序进行加工，机床后置处理程序，就可生成数控加工程序进行加工，并可在屏幕上动态地模拟刀的加工情况。并可在屏幕上动态地模拟刀的加工情况。 它具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、它具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于进行干涉碰撞检查等优点。便于进行干涉碰撞检查等优点。 CAD/CAM自动编程三维造型三维造型CAD数控自动编程数控自动编程CAM数控加工模拟数控加工模拟CAM CAD/CAM流程 数控系统的主要工作有数控系统的主要工作有输入、译码、数据处理、插补、输入、译码、数据处理、插补、伺服输出、管理程序伺服输出、管理程序等。等。(一) 输入输入 将数控加工程序和数据输入到数控系统。数控

12、加工程将数控加工程序和数据输入到数控系统。数控加工程序和数据可以通过磁盘驱动器、光电阅读机，或由计算机序和数据可以通过磁盘驱动器、光电阅读机，或由计算机通过通讯端口传输而来。通过通讯端口传输而来。 通常有两种不同的输入工作方式：通常有两种不同的输入工作方式：1 1，一次将程序读入数控系统内的存储器；，一次将程序读入数控系统内的存储器；2 2，边传输边加工，将程序读入一部分到缓冲区，进行加，边传输边加工，将程序读入一部分到缓冲区，进行加工，同时再读取下一段程序。工，同时再读取下一段程序。( (二二) ) 译码译码 输入的加工程序包含有零件的几何信息输入的加工程序包含有零件的几何信息G G指令指令

13、( (直线直线或圆弧，起点、终点坐标等或圆弧，起点、终点坐标等) )、加工工艺信息、加工工艺信息S S指令与指令与F F指指令令( (主轴转速、进给量等主轴转速、进给量等) )、刀具信息、刀具信息T T指令指令( (刀具半径补刀具半径补偿、长度补偿偿、长度补偿) )和辅助信息和辅助信息M M指令指令( (主轴正反转、开停，冷主轴正反转、开停，冷却液开停，换刀等却液开停，换刀等) )。译码程序将加工程序的代码翻译成。译码程序将加工程序的代码翻译成计算机内部能识别的机器代码。计算机内部能识别的机器代码。( (三三) ) 数据处理数据处理 数据处理程序包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能数据处理程序包

14、括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理等。的处理等。( (四四) ) 插补插补 插补有直线插补、圆弧插补和抛物线插补等几种。插插补有直线插补、圆弧插补和抛物线插补等几种。插补是对一条已知曲线在起点和终点之间的数据进行细化的补是对一条已知曲线在起点和终点之间的数据进行细化的过程，即将一条曲线分解成许多条直线或圆弧所组成。过程，即将一条曲线分解成许多条直线或圆弧所组成。CNCCNC数控系统是边插补边加工的。数控系统是边插补边加工的。（五）（五） 伺服控制伺服控制 将位置进给脉冲或进给速度指令，经变换放大后转将位置进给脉冲或进给速度指令，经变换放大后转化为伺服电机的转动。化为伺服电机的转动。（六）（

15、六） 管理程序管理程序 为数据输入，处理及加工过程服务的各个程序进行为数据输入，处理及加工过程服务的各个程序进行调度，对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断调度，对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。进行处理。2.42.4数控机床的基本类型数控机床的基本类型 2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 按加工功能分类按加工功能分类按加工功能分类按加工功能分类 1 点位控制系统点位控制系统 只控制刀具或工作台从一只控制刀具或工作台从一点准确地移动到另一点，其运点准确地移动到另一点，其运动轨迹不需严格控制，移动过动轨迹不需严格控制，移动过程中不进行切削。如：数控钻程中不进行切

16、削。如：数控钻床、数控坐标镗床等。床、数控坐标镗床等。2 2 直线控制系统直线控制系统 控制刀具或工作台按平行控制刀具或工作台按平行于坐标轴的方向或按与两坐标于坐标轴的方向或按与两坐标轴成轴成4545夹角的方向作直线运夹角的方向作直线运动，并对工件进行切削。动，并对工件进行切削。如：简易数控车床，数控铣床如：简易数控车床，数控铣床等。等。3 轮廓控制系统（连续切削控制系统）轮廓控制系统（连续切削控制系统） 对刀具与工件相对移动的轨迹进行连续控制，其核心对刀具与工件相对移动的轨迹进行连续控制，其核心装置就是插补器，装置就是插补器， 能走任意斜线或圆弧，可以加工曲能走任意斜线或圆弧，可以加工曲面、

17、凸轮、锥度等复杂形状的零件。面、凸轮、锥度等复杂形状的零件。 （1）平面轮廓加工的数控系统平面轮廓加工的数控系统 这类机床具有两轴联动的插补运算功能和刀具半径补这类机床具有两轴联动的插补运算功能和刀具半径补偿功能。如：铣削平面轮廓的数控铣床。偿功能。如：铣削平面轮廓的数控铣床。 （2）空间轮廓加工的数控系统空间轮廓加工的数控系统 这类机床能加工三维空间内的轮廓曲线，可分为：这类机床能加工三维空间内的轮廓曲线，可分为： 2.52.5轴控制系统：轴控制系统：在三坐标系中控制两坐标联动的在三坐标系中控制两坐标联动的机床上用机床上用“行切法行切法”进行加工。如：数控铣床进行加工。如：数控铣床 三坐标联

18、动系统：三坐标联动系统：能同时控制能同时控制X X、Y Y、Z Z三个坐标，刀三个坐标，刀具可在空间的任意方向上运动，作三维立体加工。具可在空间的任意方向上运动，作三维立体加工。 四坐标联动系统：四坐标联动系统：能同时控制四个坐标的运动，在能同时控制四个坐标的运动，在X X、Y Y、Z Z三个坐标之外再加一个旋转坐标。三个坐标之外再加一个旋转坐标。 五坐标联动系统：五坐标联动系统：能同时控制五个坐标的运动，在能同时控制五个坐标的运动，在X X、Y Y、Z Z三个坐标之外再加两个旋转坐标。是功能最全、三个坐标之外再加两个旋转坐标。是功能最全、控制最复杂的数控机床，加工程序只能使用自动编程。控制最

19、复杂的数控机床，加工程序只能使用自动编程。2.4.2 2.4.2 2.4.2 2.4.2 按加工工艺类型分类按加工工艺类型分类按加工工艺类型分类按加工工艺类型分类(1)(1)普通数控机床普通数控机床这类数控机床和传统的通用机床一样，有车、铣、钻、镗、这类数控机床和传统的通用机床一样，有车、铣、钻、镗、磨床等，而且每一类里又可分为许多品种。如数控铣床中磨床等，而且每一类里又可分为许多品种。如数控铣床中又可分为立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等。与通用机床相又可分为立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等。与通用机床相比，它能加工具有复杂形状的零件。比，它能加工具有复杂形状的零件。数控车床及床身数控车床及床身（2

20、2）加工中心）加工中心 在普通数控机床上增加了一个刀具库和自动换刀装在普通数控机床上增加了一个刀具库和自动换刀装置就构成了加工中心。在加工中心上加工零件，可经一置就构成了加工中心。在加工中心上加工零件，可经一次装夹加工除底面外的所有面。数控系统能控制机床自次装夹加工除底面外的所有面。数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地自动地进行铣动地更换刀具，连续地自动地进行铣( (车车) )、镗、钻、铰、镗、钻、铰、攻丝、倒角等多工序加工，故又称为多工序数控机床。攻丝、倒角等多工序加工，故又称为多工序数控机床。某些加工中心还可以配上自动交换工作台、机械手，进某些加工中心还可以配上自动交换工作台、机械手，

21、进一步提高加工效率。一步提高加工效率。立立式式加加工工中中心心(3)(3)金属成形类数控机床金属成形类数控机床 对金属板件、管件进行成形处理的数控机床。如数对金属板件、管件进行成形处理的数控机床。如数控折弯机、数控冲床、数控弯管机、数控回转头压力机控折弯机、数控冲床、数控弯管机、数控回转头压力机等。等。(4)(4)数控特种加工机床数控特种加工机床 与传统的切削方式不同，采用如电化学、激光等特与传统的切削方式不同，采用如电化学、激光等特殊激光方法。这类机床有数控线殊激光方法。这类机床有数控线( (电极电极) )切割机床、数控切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等。电火花加工机床、数控激

22、光切割机床等。床机割切线(5)(5)其它类型数控机床其它类型数控机床 其它类型的数控机床，如数控三坐标测量机等其它类型的数控机床，如数控三坐标测量机等。一一 开环伺服系统开环伺服系统 开环伺服系统为无位置反馈的系统，其驱动元件主开环伺服系统为无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率步进电机或电液脉冲马达。典型的系统原理见要是功率步进电机或电液脉冲马达。典型的系统原理见图。开环系统由环形分配器、步进电机功率放大器、步图。开环系统由环形分配器、步进电机功率放大器、步进电机、齿轮箱、丝杠螺母传动副所组成。结构简单，进电机、齿轮箱、丝杠螺母传动副所组成。结构简单，使用维修方便，但精度不高。多用于简易数控

23、机床上。使用维修方便，但精度不高。多用于简易数控机床上。开环伺服系统开环伺服系统指令脉指令脉冲冲工作台工作台步进电步进电机机齿轮箱齿轮箱2.4.3 2.4.3 2.4.3 2.4.3 按伺服系统的类型分类按伺服系统的类型分类按伺服系统的类型分类按伺服系统的类型分类二二 闭环伺服系统闭环伺服系统 闭环伺服系统是按闭环原理工作的，数控装置将闭环伺服系统是按闭环原理工作的，数控装置将位移指令与位置检测装置测得的实际位置反馈信号随位移指令与位置检测装置测得的实际位置反馈信号随时进行比较，用比较后的差值控制机床移动部件作补时进行比较，用比较后的差值控制机床移动部件作补充位移，直到差值消除才停止。闭环伺服

24、系统的工作充位移，直到差值消除才停止。闭环伺服系统的工作原理图如图所示。其位置检测装置装在机床的移动部原理图如图所示。其位置检测装置装在机床的移动部件上。定位精度高，结构比较复杂，调试维修较困难，件上。定位精度高，结构比较复杂，调试维修较困难，多用于高精度机床上。多用于高精度机床上。位移值位移值进给脉冲进给脉冲工作台工作台伺服电机伺服电机齿轮箱齿轮箱反馈脉冲反馈脉冲 闭环伺服系统闭环伺服系统三三 半闭环伺服系统半闭环伺服系统 将位置检测装置装在驱动电机的端部或机床传动将位置检测装置装在驱动电机的端部或机床传动丝杆的端部上。它可以获得比开环系统高的精度，但丝杆的端部上。它可以获得比开环系统高的精

25、度，但机械传动链的误差无法消除，因此比闭环系统精度要机械传动链的误差无法消除，因此比闭环系统精度要低。但其结构比闭环系统要简单，使用维修要方便，低。但其结构比闭环系统要简单，使用维修要方便，应用广泛。应用广泛。角度值角度值进给脉冲进给脉冲工作台工作台伺服电机伺服电机齿轮箱齿轮箱反馈脉冲反馈脉冲半闭环伺服系统半闭环伺服系统2.4.4 2.4.4 2.4.4 2.4.4 按数控装置类型分类按数控装置类型分类按数控装置类型分类按数控装置类型分类 一 硬线数控系统（硬线数控系统（NCNC） 它的输入处理、插补运算和控制功能都由专用的固它的输入处理、插补运算和控制功能都由专用的固定组合逻辑电路来实现。通

26、用性、灵活性差，制造周期定组合逻辑电路来实现。通用性、灵活性差，制造周期长，成本高，现已不采用。长，成本高，现已不采用。 二 计算机数控系统（计算机数控系统（CNCCNC） 它由小型或微型计算机加上通用的大规模集成电路它由小型或微型计算机加上通用的大规模集成电路组成。主要功能几乎全部由系统软件控制，通用性、灵组成。主要功能几乎全部由系统软件控制，通用性、灵活性高，具有真正意义的活性高，具有真正意义的“柔性柔性”，制造周期短，成本，制造周期短，成本低，现已广泛采用。低，现已广泛采用。2.4.5 2.4.5 2.4.5 2.4.5 按数控系统功能水平分类按数控系统功能水平分类按数控系统功能水平分类

27、按数控系统功能水平分类 项目项目经济型经济型普及型普及型高档型高档型分辨率分辨率10 10 umum1 1 umum 0.1 0.1 umum进给速度进给速度8-15 8-15 m/minm/min15-24 15-24 m/minm/min15-100 15-100 m/minm/min联动轴数联动轴数2-32-3轴轴2-42-4轴或轴或3-53-5轴以上轴以上主主CPUCPU8 8位位1616位、位、3232位甚至采用位甚至采用RISCRISC的的6464位位伺服系统伺服系统步进电机、开环步进电机、开环直流及交流闭环、全数字交流伺服系统直流及交流闭环、全数字交流伺服系统内装内装PLCPLC

28、无无有内装有内装PLCPLC，功能极强的内装功能极强的内装PLCPLC，甚至甚至有轴控制功能有轴控制功能显示功能显示功能数码管数码管, ,简单的简单的CRTCRT字符显示字符显示有字符图形或三维图形显示有字符图形或三维图形显示通信功能通信功能无无RC232CRC232C和和DNCDNC接口接口还可能有还可能有MAPMAP通通讯接口和联网讯接口和联网功能功能数控系统的功能水平数控系统的功能水平数控系统的功能水平数控系统的功能水平2.5 2.5 数控机床的坐标系和自由度数控机床的坐标系和自由度 数控机床的坐标系作用是：数控机床的坐标系作用是：为了为了确定工件在机床中的位置，机确定工件在机床中的位置

29、，机床运动部件特殊位置及运动范围，即描述机床运动，产生数据信息床运动部件特殊位置及运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系而建立的几何坐标系。通过机床坐标系的建立，可确定机床位置关通过机床坐标系的建立，可确定机床位置关系，获得所需的相关数据。系，获得所需的相关数据。 工件坐标系工件坐标系原点原点机床坐标系机床坐标系原点原点机机床床坐坐标标轴轴的的命命名名2.5.1 2.5.1 坐标轴的命名、确定方法和步骤坐标轴的命名、确定方法和步骤 在在ISOISO标准中统一规定采用右手直角笛卡尔坐标系标准中统一规定采用右手直角笛卡尔坐标系对机床的坐标系进行命名。机床坐标轴的命名方法如图对机床

30、的坐标系进行命名。机床坐标轴的命名方法如图所示。右手的拇指、食指和中指互相垂直，其三个手指所示。右手的拇指、食指和中指互相垂直，其三个手指所指的方向分别为所指的方向分别为X X轴、轴、Y Y轴和轴和Z Z轴的正方向。用字母轴的正方向。用字母A A、B B、C C表示绕表示绕X X、Y Y、Z Z轴的转动，其转动的正方向用右手轴的转动，其转动的正方向用右手螺旋法则确定。螺旋法则确定。u Z Z Z Z坐标坐标坐标坐标 l l 方位方位方位方位 n n标准规定：标准规定：标准规定：标准规定：Z Z Z Z坐标平行主轴轴线。坐标平行主轴轴线。坐标平行主轴轴线。坐标平行主轴轴线。 n n若没有主轴若没

31、有主轴若没有主轴若没有主轴( ( ( (牛头刨床牛头刨床牛头刨床牛头刨床) ) ) )或者有多个主轴，则选或者有多个主轴，则选或者有多个主轴，则选或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为择垂直于工件装夹面的方向为择垂直于工件装夹面的方向为择垂直于工件装夹面的方向为Z Z Z Z坐标。坐标。坐标。坐标。 n n若主轴能摆动：若主轴能摆动：若主轴能摆动：若主轴能摆动：n n在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是标平行时，则这个坐标便是标平行时，则这个坐标便

32、是标平行时，则这个坐标便是Z Z Z Z坐标；坐标；坐标；坐标；n n若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为直于工件装夹面的方向为直于工件装夹面的方向为直于工件装夹面的方向为Z Z Z Z坐标。坐标。坐标。坐标。l l Z Z Z Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。确定机床坐标轴时，通常先确定确定机床坐标轴时，通常先确定Z Z轴，再确定轴，再

33、确定X X轴和轴和Y Y轴。轴。X X X X轴的确定轴的确定轴的确定轴的确定: : : :平行于导轨面，且垂直于平行于导轨面，且垂直于Z Z轴的坐标轴为轴的坐标轴为X X轴。轴。u 对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X X坐标的坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座导轨面。刀具远方向是在工件的径向上，且平行于横滑座导轨面。刀具远离工件旋转中心的方向为离工件旋转中心的方向为X X轴正方向。轴正方向。u 对于刀具旋转的机床（如立式铣床、钻床等），如果对于刀具旋转的机床（如立式铣床、钻床等），如果Z Z轴是垂直的，则面对主轴看立柱时，右手所指的水平方轴

34、是垂直的，则面对主轴看立柱时，右手所指的水平方向为向为X X轴的正方向。轴的正方向。 如果如果Z Z轴是水平的轴是水平的( (如卧式铣床），则如卧式铣床），则面对主轴看立柱时，左手所指的水平方向为面对主轴看立柱时，左手所指的水平方向为X X轴的正方向轴的正方向 。Y Y Y Y轴的确定轴的确定轴的确定轴的确定 Y Y坐标轴垂直于坐标轴垂直于X X、Z Z坐标轴。坐标轴。Y Y运动的正方向根据运动的正方向根据X X坐标和坐标和Z Z坐标的正方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来坐标的正方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来判断。判断。立式铣床立式铣床卧式铣床卧式铣床附加坐标附加坐标 如果机床除了有如果机床除

35、了有X X、Y Y、Z Z主要直线运动之外，还有平主要直线运动之外，还有平行于它们的坐标运动，则应分别命名为行于它们的坐标运动，则应分别命名为U U、V V、W W。 如在第一组回转运动如在第一组回转运动A A、B B、C C的同时，还有平行或不的同时，还有平行或不平行平行A A、B B、C C的第二组回转运动，可命名为的第二组回转运动，可命名为D D、E E、F F。1.1.机床坐标系、机床原点与参考点机床坐标系、机床原点与参考点 数控机床坐标系是机床的基本坐标系，机床坐标系的数控机床坐标系是机床的基本坐标系，机床坐标系的原点也称机械原点或零点（原点也称机械原点或零点（M M），这个零点是机

36、床固有的），这个零点是机床固有的点，由生产厂家事先确定，不能随意改变，它是其它坐标点，由生产厂家事先确定，不能随意改变，它是其它坐标系和机床内部参考点的出发点。系和机床内部参考点的出发点。 不同数控机床坐标系的零点也不同。数控车床的机械不同数控机床坐标系的零点也不同。数控车床的机械零点在主轴前端面的中心上。零点在主轴前端面的中心上。 数控车床原点数控车床原点数控车床原点数控车床原点 2.5.2 2.5.2 机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件坐标系 数控铣床的机械零点，因生产厂家而异，例如有数控铣床的机械零点，因生产厂家而异，例如有的数控铣床的机床零点位于机床的左前上方，如图所的数控铣床的机

37、床零点位于机床的左前上方，如图所示示M M点。有的数控铣床的机床零点位于机床的左前下方。点。有的数控铣床的机床零点位于机床的左前下方。 立式加工中心的机床原点，一般在机床最大加工立式加工中心的机床原点，一般在机床最大加工范围平面的左前下方。范围平面的左前下方。数控铣床原点数控铣床原点数控铣床原点数控铣床原点 加工中心原点加工中心原点加工中心原点加工中心原点 数控机床参考点数控机床参考点数控机床参考点数控机床参考点R R R R也称基准点也称基准点也称基准点也称基准点，是大多数数控机床是大多数数控机床所必须具有的。它是数控机床工作区确定的一个点，所必须具有的。它是数控机床工作区确定的一个点，与机

38、床零点有确定的尺寸联系。通常机床并不能移动与机床零点有确定的尺寸联系。通常机床并不能移动到机床原点处，它仅仅是一个理论上的点。参考点在到机床原点处，它仅仅是一个理论上的点。参考点在各轴以硬件方式用固定的凸块和限位开关实现。机床各轴以硬件方式用固定的凸块和限位开关实现。机床每次通电后，移动件（刀架或工作台）都要进行返回每次通电后，移动件（刀架或工作台）都要进行返回参考点的操作，数控装置通过移动件（刀架或工作台）参考点的操作，数控装置通过移动件（刀架或工作台）返回参考点后确认出机床原点的位置数控机床也就建返回参考点后确认出机床原点的位置数控机床也就建立了机床坐标系。立了机床坐标系。 有的参考点有的

39、参考点R R 与机床原点与机床原点 重合；有的厂家将参考点称作重合；有的厂家将参考点称作 机床原点。机床原点。2 2 工件坐标系工件坐标系 工件坐标系是编程人员使用的，以图纸上的某一点为工件坐标系是编程人员使用的，以图纸上的某一点为原点，建立坐标系。一般工件坐标系与机床坐标系的坐标原点，建立坐标系。一般工件坐标系与机床坐标系的坐标轴要平行。其原点也称为工件原点、编程原点，当工件安轴要平行。其原点也称为工件原点、编程原点，当工件安装在机床工作台上时也称为浮动原点。进行加工之前，必装在机床工作台上时也称为浮动原点。进行加工之前，必须在测量工件坐标系原点在机床坐标系中的位置，称为工须在测量工件坐标系

40、原点在机床坐标系中的位置，称为工件零点测量，以便建立两个坐标系之间的联系。件零点测量，以便建立两个坐标系之间的联系。通常有两种方法：通过设置偏置值（用通常有两种方法：通过设置偏置值（用G54G54G59G59零点偏置零点偏置指令）指令）建立两个坐标系之间的联系；建立两个坐标系之间的联系；通过起刀点与工件原点的相对位置（用通过起刀点与工件原点的相对位置（用G92G92坐标系设定指坐标系设定指令）建立两个坐标系之间的联系。令）建立两个坐标系之间的联系。b b a az zx xyoxyo原点偏置原点偏置xa a b b3. 3. 绝对坐标与相对坐标绝对坐标与相对坐标l 绝对坐标始终相对于坐标系原点

41、，即计量的起点绝对坐标始终相对于坐标系原点，即计量的起点始终是坐标系原点。始终是坐标系原点。l 如果坐标值计量的起点总是用几何元素的起点来如果坐标值计量的起点总是用几何元素的起点来衡量的话，这样的坐标成为相对坐标或增量坐标。衡量的话，这样的坐标成为相对坐标或增量坐标。AB（UB=18，VB=20） （XB=30，YB=35）12181520XYOUV 4. 4. 对刀点与换刀点：对刀点与换刀点： 对刀点：对刀点： 刀具相对于工件运动的起点，又称起刀点，也刀具相对于工件运动的起点，又称起刀点，也就是程序运行的起点。对刀点可以设置在零件、夹具上就是程序运行的起点。对刀点可以设置在零件、夹具上面或机

42、床上面。面或机床上面。 对刀点的选择原则：对刀点的选择原则： l对刀点应便于数学处理和程序编制；对刀点应便于数学处理和程序编制；l对刀点在机床上容易校准；对刀点在机床上容易校准； l 在加工过程中便于检查；在加工过程中便于检查； l 引起的加工误差小。引起的加工误差小。 所谓对刀是指使所谓对刀是指使“刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点”重合的操重合的操作。作。“刀位点刀位点”是指刀具的定位基准点。是指刀具的定位基准点。换刀点：换刀点： 一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换

43、刀点换刀点。 换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。 换刀点是加工中心、数控车床等采用多刀进行加换刀点是加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床、数控钻床等，也动换刀。对于手动换刀的数控铣床、数控钻床等，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。并留有一定的安全量。