任务三坐标系和对刀

1、第三节第三节 认识数控认识数控铣床坐标系铣床坐标系 一、坐标系命名原则一、坐标系命名原则 为了便于编程时描述机床的运动和方向，进行正确的数 值计算，就需要明确数控机床坐标轴和进给方向。GB/T 19660-2005标准中采取的坐标轴和运动方向命名的规则为： 刀具相对于静止的工件而运动。即永远假定刀具相对于静刀具相对于静止的工件而运动。即永远假定刀具相对于静 止的工件而运动。止的工件而运动。 二、机床坐标系二、机床坐标系 为了确定机床上的运动方向和运动距离，就需要在机床 上建立一个坐标系，这个坐标系就称为机床坐标系。 1 1机床坐标系的规定机床坐标系的规定 标准的机床坐标系是一 个右手笛卡儿坐标

2、系，如 图1所示。规定了X、Y、Z 三个坐标轴的方向，大拇 指的指向为X坐标的正方向； 食指的指向为Y坐标的正方 向；中指的指向为Z坐标的 正方向。这三个坐标轴的 方向与机床的主要导轨平 行。围绕X、Y、Z坐标旋转 的坐标分别用A、B、C表示。 图1 右手笛卡儿坐标系 2 2运动方向的确定运动方向的确定 刀具离开工件的方向便是机床某一运动的正方向。 （1）Z坐标轴的确定 Z坐标轴的确定由传递切削力的主轴所决定，与 主轴轴线平行的坐标轴即为Z坐标轴。Z坐标轴的正方 向是增加刀具与工件距离的方向。 卧式数控铣床卧式数控铣床 立式数控铣床立式数控铣床 卧式数控铣床的机床坐标系立式数控铣床的机床坐标系

3、 （2 2）X X坐标轴的确定坐标轴的确定 X坐标轴一般是水平的，它垂直于坐标轴一般是水平的，它垂直于Z轴且平行于工作台平面。轴且平行于工作台平面。 当当Z坐标轴是水平的（卧式数控铣床），由站在主轴的后端向坐标轴是水平的（卧式数控铣床），由站在主轴的后端向 着前方的工件看，水平向右的方向为着前方的工件看，水平向右的方向为X轴的正方向，如图所示。轴的正方向，如图所示。 卧式数控铣床卧式数控铣床 对于对于Z坐标轴是垂直于工作台的（立式数控铣床），站在坐标轴是垂直于工作台的（立式数控铣床），站在 工作台前，从主轴的上方向下方看，水平向右的方向为工作台前，从主轴的上方向下方看，水平向右的方向为X轴的轴

4、的 正方向，如图所示。正方向，如图所示。 立式数控铣床立式数控铣床 （3）Y坐标轴的确定坐标轴的确定 在确定了X和Z坐标轴后，可根据X和Z坐标轴的正方向， 按照右手笛卡儿坐标系来确定Y坐标轴及其正方向。 右手笛卡儿坐标系 （4）A、B、C坐标轴的确定 A、B、C表示分别相对于X、Y、Z做旋转运动，A、B、 C轴的正方向为：根据右手螺旋法则，大拇指指向根据右手螺旋法则，大拇指指向X X（Y Y、 Z Z）轴的正方向，其他四指的指向为）轴的正方向，其他四指的指向为A A（B B、C C）旋转轴的）旋转轴的 正方向。正方向。 右手笛卡儿坐标系右手笛卡儿坐标系 3 3机床原点机床原点 机床原点是指机床

5、上设置的一个固定的点，即机床坐机床原点是指机床上设置的一个固定的点，即机床坐 标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数 控机床进行加工的基准参考点。控机床进行加工的基准参考点。数控机床的机床原点一般数控机床的机床原点一般 取在取在X、Y、Z坐标轴的坐标轴的正方向极限位置上正方向极限位置上。 4 4机床参考点机床参考点 机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上 用限位开关精确调整好的。用限位开关精确调整好的。 （1）机床启动时，通常需要回参考点操作，建立机床）机床启动时，通常需要回参考

6、点操作，建立机床 坐标系。坐标系。机床参考点可以与机床原点重合，也可以不重合，机床参考点可以与机床原点重合，也可以不重合， 但参考点对机床原点的坐标必须是个已知数。但参考点对机床原点的坐标必须是个已知数。通过参数指通过参数指 定机床参考点到机床原点的距离。定机床参考点到机床原点的距离。 （2）当机床回到参考点位置时，系统就知道了机床坐）当机床回到参考点位置时，系统就知道了机床坐 标系原点的位置。标系原点的位置。 三、工件坐标系三、工件坐标系 （1 1）工件坐标系的定义）工件坐标系的定义 根据零件图样建立的坐标系称为工件坐标系工件坐标系（亦称编程编程 坐标系坐标系）。 （2 2）工件坐标系的原点

7、）工件坐标系的原点 工件坐标系原点亦称编程坐标系原点编程坐标系原点，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 原点。工件坐标系原点在图中以符号“ ”表示。 （3 3）工件坐标系原点的选择）工件坐标系原点的选择 工件坐标系原点的选择原则如下：工件坐标系原点的选择原则如下： 1）工件坐标系原点应选在零件图的基准尺寸上。 2）工件坐标系原点应尽量选在精度较高的工件表面上。 3）Z轴方向上的工件坐标系原点，一般取在工件的上表面。 4）当工件对称时，一般以工件的对称中心作为XY平面的原点，如 图a所示。 5）当工件不对称时，一般取工件其中的一个垂直交角处作为工件 原点，如图b所示

8、。 选择工件坐标系时一般应遵循以下原则：选择工件坐标系时一般应遵循以下原则： 1尽可能将工件坐标系原点选择在工艺定位基准 上，这样有利于提高加工精度。 2工件坐标系原点的选择要尽量满足编程简单、 尺寸换算少、引起的加工误差小等条件。 3尽量选在精度较高的工件表面上，以提高被加 工零件的加工精度。 4将工件坐标系原点选择在零件的尺寸基准上， 这样便于坐标值的计算，减少手工计算量。 5Z轴工件坐标系原点通常选在工件的上表面。 6X轴、Y轴工件坐标系原点设在与零件的设计基 准重合的地方。 第第四四节节 数控铣床对刀数控铣床对刀 一、一、对刀点与换刀点对刀点与换刀点 1 1刀位点刀位点 刀具在机床上的

9、位置是由刀具在机床上的位置是由“刀位点刀位点”的位置来表示的。的位置来表示的。 所谓所谓刀位点，是指刀具的定位基准点刀位点，是指刀具的定位基准点，不同的刀具，刀位点，不同的刀具，刀位点 不同。对刀点找正的准确度直接影响加工精度，不同。对刀点找正的准确度直接影响加工精度，对刀时，应对刀时，应 使使“刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点”一致。一致。 a a）钻头）钻头b b）车刀）车刀c c）平头立铣刀）平头立铣刀d d）球头铣刀）球头铣刀 2 2对刀点对刀点 对刀点也称为“程序起点”。选择对刀点的原则是： （1）便于数学处理和简化程序编制。）便于数学处理和简化程序编制。 （2）在机床上容易找正。）

10、在机床上容易找正。 （3）在加工中便于检查。）在加工中便于检查。 （4）引起的加工误差小。）引起的加工误差小。 3 3换刀点换刀点 换刀点一般设置在被加工零件的外部，换刀点一般设置在被加工零件的外部，以防止换刀时以防止换刀时 刀具与工件或夹具发生碰撞。数控铣床的换刀是采用手动刀具与工件或夹具发生碰撞。数控铣床的换刀是采用手动 的方式进行的，的方式进行的，换刀点是任意的一点。换刀点是任意的一点。 选择原则：选择原则：在保证刀具不与机床、夹具或者工件产生在保证刀具不与机床、夹具或者工件产生 干涉或碰撞的情况下，越近越好。干涉或碰撞的情况下，越近越好。 主要目的：主要目的：节约辅助时间，提高加工效率

11、。加工中心节约辅助时间，提高加工效率。加工中心 的换刀是机床自动进行的，该点是一个固定的点，是由机的换刀是机床自动进行的，该点是一个固定的点，是由机 床制造厂家精确调整好的。床制造厂家精确调整好的。 二、二、对刀对刀的概念的概念 对对刀刀就就是是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐 标系之间的空间位置关系，就是让数控系统知道工件原点标系之间的空间位置关系，就是让数控系统知道工件原点 在机床坐标系中的具体位置，因为数控程序是在工件坐标在机床坐标系中的具体位置，因为数控程序是在工件坐标 系下编制的，而刀具则是依靠机床坐标系实现正确的移动，系下编制的，而刀

12、具则是依靠机床坐标系实现正确的移动， 只有二者建立起确定的位置关系，数控系统才能正确地按只有二者建立起确定的位置关系，数控系统才能正确地按 照程序坐标控制刀具的运动照程序坐标控制刀具的运动轨迹。轨迹。 1 1对对刀刀的作用和原理的作用和原理 认定机床坐标系的原点位 于机床各轴回零后主轴端面 的中心处。工件坐标系原点 可以根据编程需要由编程操 作者人为设定。对刀的目的 就是要获得工件坐标系原点 在机床坐标系中的坐标值。 如图25所示 图图2 25 5 机床坐标系与工件坐标系的关系机床坐标系与工件坐标系的关系 2 2数控铣床常用的对刀方法数控铣床常用的对刀方法 数控铣床的对刀操作分为X、Y向对刀和

13、Z向对刀，对刀 的准确程度将直接影响加工精度。对刀的方法要与零件的 加工精度相适应。 （1）X、Y向对刀 根据使用对刀工具的不同，对刀方法可以分为：试切对 刀法、刚性靠棒对刀法、寻边器对刀法、百分表对刀法和 对刀仪对刀法。 1）试切对刀法 试切对刀法即直接采用加工刀具进行对刀，这种方法操 作简单方便，但会在零件表面留下切削刀痕，影响零件表 面质量且对刀精度较低。 2 2）刚性靠棒对刀法）刚性靠棒对刀法 刚性靠棒对刀法是利用刚性刚性靠棒对刀法是利用刚性 靠棒配合塞尺（或块规）对刀靠棒配合塞尺（或块规）对刀 的一种方法，其对刀方法与试的一种方法，其对刀方法与试 切对刀法相似。首先将刚性靠切对刀法相

14、似。首先将刚性靠 棒安装在刀柄中，移动工作台棒安装在刀柄中，移动工作台 使刚性靠棒靠近工件，并将塞使刚性靠棒靠近工件，并将塞 尺塞入刚性靠棒与工件之间，尺塞入刚性靠棒与工件之间， 再次移动机床使塞尺恰好不能再次移动机床使塞尺恰好不能 自由抽动为准，如图自由抽动为准，如图2 27 7所示。所示。 这种对刀方法不会在零件表面这种对刀方法不会在零件表面 上留下痕迹，但对刀精度不高上留下痕迹，但对刀精度不高 且较为费时。且较为费时。 图图2 27 7 刚性靠棒配合塞尺或块规进行对刀刚性靠棒配合塞尺或块规进行对刀 3 3）寻边器对刀法）寻边器对刀法 寻边器对刀法与刚性靠棒对刀法相似。常用的寻边器有寻边器

15、对刀法与刚性靠棒对刀法相似。常用的寻边器有 机械寻边器如图机械寻边器如图2 28 8所示，在使用机械寻边器时要求主轴所示，在使用机械寻边器时要求主轴 转速设定在转速设定在500r/min 500r/min 左右，这种对刀法精度高，无需维左右，这种对刀法精度高，无需维 护，成本适中；光电寻边器如图护，成本适中；光电寻边器如图2 29 9所示，在使用时主轴所示，在使用时主轴 不转，这种对刀法精度高不转，这种对刀法精度高, , 需维护需维护, , 成本较高。在实际加工成本较高。在实际加工 过程中考虑到成本和加工精度问题一般选用机械寻边器来过程中考虑到成本和加工精度问题一般选用机械寻边器来 进行对刀找

16、正。采用寻边器对刀要求定位基准面应有较好进行对刀找正。采用寻边器对刀要求定位基准面应有较好 的表面粗糙度和直线度的表面粗糙度和直线度, , 确保对刀精度。确保对刀精度。 图图2 29 9 光电寻边器光电寻边器图图2 28 8 机械寻边器机械寻边器 4 4）百分表对刀法）百分表对刀法 该方法一般用于圆形零件的对刀，如该方法一般用于圆形零件的对刀，如 图图2 21010所示，用磁力表座将百分表安所示，用磁力表座将百分表安 放在机床主轴端面上，调整磁力表座上放在机床主轴端面上，调整磁力表座上 的伸缩杆长度和角度，使百分表的触头的伸缩杆长度和角度，使百分表的触头 接触零件的圆周面（指针转动约为接触零件

17、的圆周面（指针转动约为 0.2mm0.2mm），用手慢慢旋转主轴，使百分），用手慢慢旋转主轴，使百分 表的触头沿零件的圆周面转动，观察百表的触头沿零件的圆周面转动，观察百 分表指针的偏移情况，通过多次反复调分表指针的偏移情况，通过多次反复调 整机床整机床X X、Y Y向，待转动主轴一周时百分向，待转动主轴一周时百分 表的指针基本上停止在同一个位置，其表的指针基本上停止在同一个位置，其 指针的跳动量在允许的对刀误差范围内，指针的跳动量在允许的对刀误差范围内， 这时可以认定主轴的中心就是这时可以认定主轴的中心就是X X、Y Y轴的轴的 原点。原点。 图图2 210 10 采用百分表对刀采用百分表对

18、刀 5 5）对刀仪对刀法）对刀仪对刀法 在加工中心上加工零件，由于加工内容较多往往需在加工中心上加工零件，由于加工内容较多往往需 要更换多把刀具，为了提高机床的使用效率，通常操要更换多把刀具，为了提高机床的使用效率，通常操 作者在机床上通过各种方法获得一把标准刀具参数后，作者在机床上通过各种方法获得一把标准刀具参数后， 利用专业对刀设备来获取其他刀具和标准刀具的直径利用专业对刀设备来获取其他刀具和标准刀具的直径 和长度差值，然后经过计算，把每把刀的数据参数输和长度差值，然后经过计算，把每把刀的数据参数输 入到系统中，这种对刀的方法称为机外对刀法，也称入到系统中，这种对刀的方法称为机外对刀法，也称 为对刀仪对刀法。为对刀仪对刀法。 （2 2）Z Z向对刀向对刀 当对刀工具中心在当对刀工具中心在X X、Y Y方向上的对刀完成后，可方向上的对刀完成后，可 以取下对刀工具，换上基准刀具，进行以取下对刀工具，换上基准刀具，进行Z Z向对刀操向对刀操 作。作。零件的零件的Z Z向对刀通常采用向对刀通常采用试切法对刀和试切法对刀和Z Z向对刀向对刀 仪对刀仪对刀。 图图2 211 11 指针式指针式Z Z向对刀仪向对刀仪 1 1