數控機床坐標系教法淺議

數控機床坐標系是《數控加工基礎》這門課程中很重要的一節，能為學生以后學習編程與操作打下良好的基礎。而本節學習中由于涉及的規則、概念較多，不易理解，筆者經過多年分析研究與實踐演練，現歸納如下：

一、開門見山，點明學習機床坐標系的重要性

在數控機床上，機床的動作是由數控裝置來控制的，為了確定機床上的成形運動和輔助運動，則必須先確定機床上運動的方向和運動的距離，這就需要一個坐標系才能實現，這個坐標系就稱為機床坐標系。

在數控編程時，為了描述機床運動，簡化程序編制的方法及保證記錄數據的互換性，必須正確理解和使用數控機床中坐標系。數控機床坐標系是為了確定工件在機床中位置，機床運動部件的特殊位置(如換刀點、參考點等)以及運動范圍(如行程范圍)等建立的幾何坐標系。

通過上述說明，教師要讓學生從心態上加以重視，才能為下面的講解打下良好的基礎。

二、實例引入，學生探討，在探討中掌握坐標系的確定原則

通過生活中過馬路看紅綠燈的例子，學生探討規則的必要性和方便性。由探討結果引入國標規定的命名原則。

刀具相對于靜止工件而運動的原則可使編程人員在不知道是刀具移近工件還是工件移近刀具的情況下，就可根據零件圖樣，確定機床的加工過程。

三、學生動手，演示練習，掌握X、Y、Z坐標軸與正方向的確定

X、Y、Z坐標軸與正方向的確定是本節課的重點與難點。Z坐標的方向很容易判定，學生也容易理解。對于X和Y坐標的方向，由于涉及因素過多(如刀具、工件、主軸、立柱、笛卡爾坐標和右手定則等)，學生一時很難記憶和掌握，為下一步講解帶來不少的困難。

由于學生難以理解與掌握，筆者采取了以下幾個步驟：

1.圖片展示

由于中職學生基礎差，難以一下子理解，通過圖片帶給學生感性認識，為進一步掌握打下基礎。

2.詳細講解，具體演示

通過對X坐標軸的定義和方向的詳細講解，讓學生理解掌握立式數控機床和臥式數控機床X坐標軸的確定。按右手直角迪卡兒坐標系來確定Y坐標軸時，對于不同的機床具體演示確定。

3.動手演練，檢驗結果

讓學生拿出一張白紙，告訴他們這張白紙就是我們的圖樣。不過不需要畫具體的零件，只需要在圖紙上畫出X和Y兩個坐標軸。

（1）假設此圖樣要用立式數控機床加工，那么站在工作臺前，將圖樣平鋪到工件頂面上，加上已經判定的坐標運動方向，整個機床的坐標系就可立刻直觀地展現在學生面前。

（2）如果是用臥式機床加工，情況稍微復雜一些。首先，學生應面向工件站立，將圖樣貼在面對的工件表面，然后，將工件回轉180°，轉至面對刀具的位置，加上早已確定好的Z坐標方向，臥式數控機床的坐標系方向就可直觀地展現出來了。

這種方法，非常直觀，比起只用右手直角迪卡兒坐標系來確定Y坐標軸更易理解和掌握。

最后，通過動態模擬演示各個坐標軸的運動過程，檢驗判斷結果，可使學生進一步加深理解。

四、討論數控機床坐標系中的“特殊點”

可以分為三個過程：

1.通過引導得出結論

教師可引導學生討論一個完整的坐標系有哪些部分組成，前邊學習的機床坐標系是否完整，缺少什么部分，從而使學生得出結論：缺少機床原點。

2.歸納結論

繼續探討機床原點是否是個固定位置點，如何找到，最后可歸納結論如下：機床原點又稱為機床零點，即機床坐標系的原點，是指在機床上設置的一個固定點，它在機床裝配、調試時就已確定下來，是數控機床進行加工運動的基準參考點。對于不同的數控機床來說，設置在不同的位置。如在數控車床上，一般設在卡盤端面與主軸中心線的交點處，在數控銑床上，機床原點一般設置Ｘ、Ｙ、Ｚ坐標的正方向極限位置上。對于數控車床，不易找到，而對于數控銑床卻很容易找到。

3.結論探討

最后教師應通過與學生探討如何很方便的找到數控機床的原點，引導學生思考為什么數控銑床的原點很好找，是不是所有的機床都有這么一個特殊位置點？從而得出這個特殊位置點就是機床的結論。

參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關精確調整好的，坐標值已輸入數控系統中。因此，參考點對機床原點的坐標是一個已知數。對于大多數數控機床，開機第一步總是先使機床返回參考點。通過返回參考點，間接找到機床原點。所以開機回參考點的目的就是為了間接找到機床原點，建立機床坐標系。只有機床參考點被確認后，刀具（或工作臺）移動才有基準。

（作者單位：河南省平頂山市高級技工學校）