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机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点称为机 床原点或机床零点。在机床经过设计、制造和调整后，这个原点 便被确定下来，它是固定的点。 数控装置上电时并不知道机床零点，为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。 机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过参数 指定机床参考点到机床零点的距离。 机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的零点位置， 找到所有坐标轴的参考点，CNC 就建立起了机床坐标系。 机床坐标轴的机械行程是由*大和*小限位开关来限定的。 机床坐标轴的有效行程范围是由软件限位来界定的，其值由制造商定义。机床零点（OM）、机床参考点（Om）、机床坐标轴的机械行程及有效行程的关系如下图所示。
图 机床零点OM 和机床参考点Om |
在轮廓加工中，数控机床刀具的轨迹必须严格准确地按零件轮廓曲线运动。插补运算的作用是在已知的加工轨迹曲线的起点和终点间进行“数据点的密化”。插补是在每个插补周期内，根据CNC机床( Computer Numerical Control ，计算机数字控制）指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起点运动到终点，完成这段轮廓的加工。 加工曲线AB 段，A 为起点，B 为终点。CNC机床在每个插补周期内，计算出一个微小直线段的各坐标分量（△ X 、△ y ) ，经若干个插补周期，可以计算出从起点A 到终点B 间各个微小直线段的坐标分量（△ X1、△Y1）、（△ X2、△Y2）、…、（△ X n、△Yn）。各坐标分量的计算可采用逐点比较插补法、数字积分插补法、时间分割插补法和样条插补计算法等。 被加工零件的外形轮廓是由直线、圆弧和其他曲线等几何元素构成，其中直线和圆弧是基本的几何元素，其他的曲线可用微小直线或圆弧逼近形成。数控机床的数控系统都具有直线和圆弧插补功能。在**型数控机床的数控系统扩展功能或宏程序中还配有抛物线、渐开线、椭圆等插补计算功能。 在数控机床的CNC机床 中，插补则是由软件全部或部分实现其插补功能。由于用软件实现插补运算，比硬件插补器运算速度慢，在CNC机床系统中插补功能常分为粗插补和精插补两步完成。粗插补用软件实现，把一个程序段分割为若干微小直线段，精插补在伺服驱动模块中，把各微小直线段再进行密化处理，使加工轨迹在允许的误差范围之内。所以插补功能直接影响系统控制精度和速度，是数控机床的重要技术指标。 |
生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面：(1)机床进给单位被改动或变化。(2)机床各轴的零点偏置(NULL OFFSET)异常。(3)轴向的反向间隙(BACK LASH)异常。(4)电机运行状态异常，即电气及控制部分故障。(5)机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。
1．系统参数发生变化或改动
系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如SIEMENS, FANUC数控系统，其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理，常常影响到零点偏置和间隙的变化，故障处理完毕后应作适时地调整和修改；另一方面，由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化，需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。
2．机械故障导致的加工精度异常
一台THM6350卧式加工中心，采用FANUC Oi一MA数控系统。在铣削汽轮机叶片的过程中，突然发现Z轴进给异常，造成至少lmm的切削误差量（Z向过切）。调查中了解到：故障是突然发生的。机床在点动、MDI操作方式下各轴运行正常，且回参考点正常；无任何报警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查。
(1)检查机床精度异常时正运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿、加工坐标系（G54～G59）的校对及计算。
(2)在点动方式下，反复运动Z轴，经过视、触、听对其运动状态诊断，发现Z向运动声音异常，特别是快速点动，噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。
(3)检查机床Z轴精度。用手脉发生器移动Z轴，（将手脉倍率定为1×100的挡位，即每变化一步，电机进给0. l mm），配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动，手脉每变化一步，机床z轴运动的实际距离d=dl=d2=d3=d4=0.1mm，说明电机运行良好，定位精度良好。而返回机床实际运动位移的变化上，可以分为四个阶段：①机床运动距离d1>d=0.1mm（斜率大于1）；②表现出为d=0.1mm>d2> d3（斜率小于1）；③机床机构实际未移动，表现出*标准的反向间隙；④机床运动距离与手脉给定值相等（斜率等于1），恢复到机床的正常运动。
无论怎样对反向间隙（参数1851）进行补偿，其表现出的特征是：除第③阶段能够补偿外，其他各段变化仍然存在，特别是第①阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现，间隙补偿越大，第①段的移动距离也越大。
分析上述检查认为存在几点可能原因：一是电机有异常；二是机械方面有故障；三是存在一定的间隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全脱开，分别对电机和机械部分进行检查。电机运行正常；在对机械部分诊断中发现，用手盘动丝杠时，返回运动初始有非常明显的空缺感。而正常情况下，应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经拆检发现其轴承确已受损，且有一颗滚珠脱落。更换后机床恢复正常。
3．机床电气参数未优化电机运行异常
一台数控立式铣床，配置FANUC 0一MJ数控系统。在加工过程中，发现X轴精度异常。检查发现X轴存在一定间隙，且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较严重，启停时不太明显，JOG方式下较明显。
分析认为，故障原因有两点，一是机械反向间隙较大；二是X轴电机工作异常。利用FANUC系统的参数功能，对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿；调整伺服增益参数及N脉冲抑制功参数，X轴电机的抖动消除，机床加工精度恢复正常。
4．机床位置环异常或控制逻辑不妥
一台TH61140锉铣床加工中心，数控系统为FANUC 18i，全闭环控制方式。加工过程中，发现该机床Y轴精度异常，精度误差*小在0.006mm左右，*大误差可达到1.400mm。检查中，机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在MDI方式下，以G54坐标系运行一段程序即“G90 G54 Y80 F100；M30；”，待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“－1046.605”，记录下该值。然后在手动方式下，将机床Y轴点动到其他任意位置，再次在MDI方式下执行上面的语句，待机床停止后，发现此时机床机械坐标数显值为“一1046.992”，同第一次执行后的数显示值相比相差了0. 387mm。按照同样的方法，将Y轴点动到不同的位置，反复执行该语句，数显的示值不定。用百分表对F轴进行检测，发现机械位置实际误差同数显显示出的误差基本一致，从而认为故障原因为F轴重复定位误差过大。对F轴的反向间隙及定位精度进行仔细检查，重新作补偿，均无效果。因此怀疑光栅尺及系统参数等有问题，但为什么产生如此大的误差，却未出现相应的报警信息呢？进一步检查发现，该轴为垂直方向的轴，当Y轴松开时，主轴箱向下掉，造成了超差。
对机床的plc逻辑控制程序做了修改，即在Y轴松开时先把Y轴使能加载，再把y轴松开；而在夹紧时，先把轴夹紧后，再把Y轴使能去掉。调整后机床故障得以解决。
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