1.4 数控机床的坐标系
1.4.1 数控机床坐标系的作用
数控机床坐标系是为了确定工件在机床中的位置、机床运动部件特殊位置及运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系。通过建立机床坐标系，可确定机床位置关系，获得所需的相关数据。
1.4.2 数控机床坐标系确定依据
数控机床坐标系的确定依据为国际上统一的ISO841标准。
1.4.3 数控机床坐标系确定方法
①假设：工件固定，刀具相对工件运动。
②标准：采用右手笛卡儿直角坐标系，拇指为X向，食指为Y向，中指为Z向。围绕X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向用右手定则判定分别为+A、+B、+C，如图1-9所示。直角坐标系X、Y、Z又称主坐标系或第一坐标系，如有第二组坐标系和第三组坐标系平行于X、Y、Z，则分别指定为U、V、W和P、Q、R。
③顺序：先Z轴，再X轴，最后Y轴。
图1-9 右手笛卡儿直角坐标系
Z轴——机床主轴。
X轴——装夹平面内的水平方向。
Y轴——由右手笛卡儿直角坐标系确定。
④方向：刀具远离工件的方向为正方向，如图1-10、图1-11所示；反之，若工件移动，则其正向分别用X＇、Y＇、Z＇表示，X=-X＇，Y=-Y＇，Z=-Z＇。
图1-10 数控卧式车床坐标系
图1-11 数控立式铣床坐标系
1.4.4 数控机床原点、参考点、工件原点及对刀点
1.机床坐标系的原点
机床坐标系的原点也称机床原点或零点，其位置在机床上是固定不变的。它在机床装配、调试时就已经确定下来了，是数控机床进行加工的基准参考点，一般取在机床运动方向的最远点。
在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处；在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。
2.机床参考点
机床参考点是机床上的一个固定的点，它的位置由各轴的参考点开关和撞块位置以及各轴伺服电动机的零点位置来确定。参考点对机床原点的坐标是一个已知数，该点到机床坐标原点在进给坐标轴方向上的距离可以在机床出厂时设定，如图1-12（a）所示。
通常在数控铣床上，机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上，机床参考点是离机床原点最远的极限点。数控机床开机时，必须先确定机床原点，即返回参考点的操作。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。
3.工件原点
工件原点是为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。以工件原点（也称程序原点）为零点建立的一个坐标系，即为工件坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。工件坐标系的原点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。一般情况下，程序原点应选在尺寸标注的基准或定位基准上。对车床编程而言，工件坐标系原点一般选在工件轴线与工件的前端面、后端面、卡爪前端面的交点上。
4.对刀点
对刀点是零件程序的起始点，对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。加工开始时要设置工件坐标系，铣床用G92指令（车床一般用G50指令）可建立工件坐标系。如图1-12（b）所示为广数980T车床对刀点设置示意。
图1-12 数控车床参考点与机床原点
本章小结
本章主要介绍了数控机床的发展，数控机床的组成、分类及相关概念，重点介绍数控机床的工作过程和特点。
练习题
一、单项选择题
1.世界上第一台数控机床是（ ）年研制出来的。
A.1942
B.1948
C.1952
D.1958
2.世界上第一台数控机床是（ ）。
A.数控铣床
B.数控车床
C.数控磨床
D.数控镗床
3.闭环控制系统的反馈装置装在（ ）。
A.传动丝杠上
B.电动机轴上
C.机床工作台上
D.减速器上
4.开环伺服系统的主要特征是系统内（ ）位置检测反馈装置。
A.有
B.没有
C.某一部分有
D.可能有
5.CNC系统中的PLC是（ ）。
A.可编程序逻辑控制器
B.显示器
C.多微处理器
D.环形分配器
6.闭环系统的运动精度主要取决于（ ）。
A.机床机械结构的精度
B.驱动装置的精度
C.位置检测元器件的精度
D.计算机的运算速度
7.按照机床运动的控制轨迹分类，加工中心属于（ ）。
A.轮廓控制
B.直线控制
C.点位控制
D.远程控制
8.数控机床中把脉冲信号转换成机床移动部件运动的组成部分称为（ ）。
A.控制介质
B.数控装置
C.伺服系统
D.机床本体
9.数控机床的联动轴数是指机床数控装置的（ ）同时达到空间某一点的坐标数目。
A.主轴
B.坐标轴
C.工件
D.电动机
10.只要数控机床的伺服系统是开环的，一定没有（ ）装置。
A.检测
B.反馈
C.I/O通道
D.控制
11.采用数控机床加工的零件最好是（ ）。
A.单一零件
B.中小批量、 形状复杂、 型号多变
C.大批量
D.以上都可以
12.数控机床的核心是（ ）。
A.伺服系统
B.数控系统
C.反馈系统
D.传动系统
13.在数控机床坐标系中平行于机床主轴的直线运动为（ ）。
A.X轴
B.Y轴
C.Z轴
D.A轴
14.绕X轴旋转的回转运动坐标轴是（ ）。
A.A轴
B.B轴
C.Z轴
15.数控机床是在 （ ） 诞生的。
A.日本
B.美国
C.英国
D.中国
16.“NC”的含义是（ ）。
A.数字控制
B.计算机数字控制
C.网络控制
D.操作人员控制
17.“CNC”的含义是（ ）。
A.数字控制
B.计算机数字控制
C.网络控制
D.操作人员控制
18.数控机床上有一个原点，该点到机床坐标零点在进给坐标轴方向上的距离可以在机床出厂时设定，该点称（ ）。
A.工件零点
B.机床零点
C.机床参考点
D.编程原点
19.刀具（ ）工件的运动方向为坐标轴的正方向。
A.接近
B.远离
C.平行
D.垂直
20.控制介质的作用是（ ）。
A.开关量控制
B.存储加工程序
C.轨迹插补
D.驱动主轴运动
21.下列数控机床中不需要控制点与点之间的运动轨迹的是（ ）。
A.数控钻床
B.数控车床
C.数控铣床
D.加工中心
22.下列哪项不属于数控机床的加工特点（ ）。
A.加工精度高
B.适应性强
C.生产效率高
D.适合大批量生产
23.（ ）原点通常由厂家确定。
A.程序
B.工件坐标系
C.机床坐标系
D.编程坐标系
24.闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统主要区别在于（ ）。
A.位置控制器
B.检测单元
C.伺服单元
D.控制对象
二、判断题
1.数控机床适合大批量零件加工。 （ ）
2.1952年日本研制成功世界上第一台数控机床。 （ ）
3.能同时控制两个直线轴和一个旋转轴的机床称为两轴半联动机床。 （ ）
4.目前被广泛使用的数控车床属于点位直线控制数控机床。 （ ）
5.半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。 （ ）
6.需要频繁改型的工件不适合在数控机床上加工。 （ ）
7.目前被广泛应用的数控机床采用硬件接线。 （ ）
8.CNC机床的含义是计算机控制数控机床。 （ ）
9.伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。 （ ）
10.数控机床每次接通上电后在运行前首先应做的是回参考点。 （ ）
11.轮廓控制数控机床，不仅具有点位及直线控制数控机床的加工功能，而且具有各种轮廓切削加工功能。 （ ）
12.点位控制系统不仅要控制从一点到另一点的准确定位，还要控制从一点到另一点的路径。 （ ）
13.只有采用CNC技术的机床才叫数控机床。 （ ）
14.最常见的两轴半坐标控制的数控铣床，实际上就是一台三轴联动的数控铣床。（ ）
15.半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移。（ ）