在多軸加工和五軸加工過程中，設置工件坐標系原點和刀具長度是很重要的一步。如果工件坐標系原點和刀具長度設置錯誤，會引起撞刀事故，損壞設備，后果不堪設想。所以正確設置工件坐標系原點和刀長是保證安全生產(chǎn)的第一步。對于這個問題，當前教科書和文獻資料相關論述較為缺乏，特別是很多三軸數(shù)控機床“對刀”的文獻中工件坐標系G54 存儲器里Z向的值跟刀長數(shù)據(jù)混在一起，沒有嚴格區(qū)分開，以三軸數(shù)控銑床的思維去使用五軸聯(lián)動機床是不可取的。因此下面展開詳細的研究和論述。
在數(shù)控機床實際操作使用中，要設置工件坐標系和刀長數(shù)據(jù)，必須要先明白機床坐標系和工件坐標系的概念。
機床坐標是機床本身固有的，是機床數(shù)控系統(tǒng)唯一可以識別的坐標，而工件坐標是人為的，數(shù)控機床本身并不能識別工件坐標。
在數(shù)控機床設定工件坐標系原點的原理實質就是找出工件坐標系原點在機床坐標系中的值，并存儲在G54 或G56、G57、G58、G59 等指令的存儲器里。其找出的過程源于很多人拿銑刀作為工具來找，所以這個過程就被稱為“對刀”。
比如，在圖1 中，A點為數(shù)控銑床或加工中心的機床坐標系原點，B點為工件坐標系原點。對于點B來說，它在機床坐標系A中是有讀數(shù)值的。假設這個數(shù)值是（X-368.756 Y-367.543 Z-432.843）,把這組數(shù)值存儲在工件坐標系指令G54 或G55、G56、G57、G58、G59 里的X、Y、Z的存儲器里，那么當執(zhí)行這些指令時，機床就會調用指令X、Y、Z存儲器里的值，去識別工件坐標。
圖1揭示了工件坐標系原點Z值、刀長與機床坐標系原點三者的關系，下面詳細說明。
先要明確，在數(shù)控銑床和加工中心中，刀具長度是指從主軸端面到刀尖的距離，數(shù)值永遠為正。圖1示意圖的刀具長度為125.524 。
如圖1 所示，已知機床坐標系原點A在X、Y、Z三個直線軸的正方向極限位置上，工件坐標系原點B在正方形工件的上表面中心位置，求刀長和工件坐標系B在機床坐標系A中的值。
圖1 機床坐標系原點、工件坐標系原點Z 值與刀長的關系
在該示意圖中，“125.524”為刀具長度，“-333.189”為刀具剛剛好切到工件上表面時機床坐標系Z的讀數(shù)，在機床的顯示器上可以直接讀出，那么工件坐標系B點的Z向值在機床坐標系A的數(shù)值為：
“-458.713”存儲在G54 或G56、G57、G58、G59 里的Z 向存儲器內。
“125.524”存儲在刀具長度補償寄存器中，用“G43 H_”調用。
很多使用三軸數(shù)控銑床的技術人員在對刀時，把“-333.189”當做工件坐標系原點Z值，輸入到G54 指令Z 存儲器里，并且在刀具長度補償器“H”地址里輸入“0”。在三軸數(shù)控機床中，還有一種存儲方法，那就是在G54 指令的Z 里輸入“0”，刀具長度補償器“H”地址里輸入“-333.189”。
這兩種方法在調用“G43 H_”指令的運算結果都不會影響刀尖的位置，刀尖在Z軸方向的位置都是正確定的。因為在三軸數(shù)控銑床中，由于沒有A、B、C等旋轉軸，Z軸一直都是堅直的狀態(tài)，這樣的存儲方法并不影響刀尖的位置，不會引起撞刀事故。然而在多軸加工機床和五軸聯(lián)動數(shù)控機床中，Z值“-458.713”與刀長“125.524”要分開存儲，不能像三軸機床一樣混在一起輸入，否則在A、B、C等旋轉軸與Z軸聯(lián)動的時候會發(fā)生碰撞事故，也不能實現(xiàn)RTCP 刀尖跟隨功能。
為了安全起見，先測量刀長、工件坐標系B在機床坐標系A中的Z向值，最后再測量X和Y值。
3.1 測量刀長
測量刀長要測量兩個點，第一個點是主軸端面，第二個點是刀尖。測量刀長可以用百分表、Z軸設定器、機外刀具預調儀等。可以機外測量，也可以機內測量。機外測量不占用機床時間，可以提高生產(chǎn)率，但是要增加機外刀具預調儀的成本。機內測量占用機床使用時間，生產(chǎn)率比機外測量低，但不用增加儀器。
3.1.1 壓主軸端面
如圖2 所示，用的是百分表機內測量刀長的方法。百分表測頭輕壓主軸端面，讓指針慢慢旋轉小半圈，在“40”的位置停下來。此時，在機床操作面板上，找到“相對實際”的z坐標，清零，結果如圖4 所示。為了安全，防止刀具干涉，在這一步操作前可以先把刀具卸了再測主軸端面。
圖2 用百分表量主軸端面
圖3 用百分表量刀尖
圖4 用百分表量主軸端面后，Z 軸相對坐標清零
3.1.2 壓刀尖
測主軸端面清零記數(shù)后，加載刀具，如圖3 所示，用百分表量刀尖，找到刀尖的位置，讓指針慢慢旋轉小半圈，在“40”的位置停下來，此時，在機床操作面板上，找到“相對實際”的z坐標，如圖5 所示，Z軸相對坐標顯示的179.3999 就是該刀的長度值。
在量刀尖這一步的過程中，因為百分表的測頭與刀尖是點對點接觸，測頭對準刀尖的位置會有誤差。為了減少誤差，測主軸端面與測刀尖，可以使用Z軸設定器，Z軸設定器找位置是面對面接觸，可以很好減少誤差。用百分表和Z軸設定器的操作過程一樣，區(qū)別在于用Z軸設定器時壓表指針是壓到“0”。用Z軸設定器量得的刀長更準確，但新手會不小心容易壓壞表。
其它刀的長度數(shù)據(jù)也可以用同樣的方法測量。
3.2 刀長數(shù)據(jù)存儲
刀長數(shù)據(jù)測得后，存儲在刀具長度補償Z存儲器里。在三軸數(shù)控銑床中，刀具長度補償Z存儲器里的值可以是負值，但是在五軸聯(lián)動機床中刀具長度補償Z存儲器里的值必須是正值，不得輸入負值，否則會出現(xiàn)嚴重事故。如圖5 所示，測量得的刀長數(shù)據(jù)179.3999 可以輸入到2 號長度補償寄存器里。在編程時可以用T 指令和G43 刀具長度補償指令調用該刀，如“T02 M06 ；G43H2G01Z50.0F500”，使用時要注意坐標和代碼的正確性，避免出現(xiàn)撞刀事故。
圖5 用百分表量刀尖后，Z 軸相對坐標顯示179.3999
3.3 測量工件坐標系Z 向值
刀長數(shù)據(jù)測量好之后，就可以測量工件坐標系B在機床坐標系A中的Z向值了。如圖6 所示，主軸低速轉動，用手輪脈沖發(fā)生器慢慢的往下?lián)u動Z軸，讓刀尖剛剛好切到工件上表面就停止，此時機床顯示器上機床坐標Z的讀數(shù)“-49.3801”就是需要記的數(shù)。那么工件坐標系B 點在機床坐標系A的Z向數(shù)值為：-49.3801-179.3999＝-228.78。那么“-228.78”就可存儲在G54 或G56、G57、G58、G59 里的Z向存儲器內。如圖7 所示，Z向值“-228.7800”存儲在G57 寄存器里。
圖7 Z 向值-228.7800 存儲在G57 寄存器里
這里需要注意的是“用手輪脈沖發(fā)生器慢慢往下?lián)u動Z軸，讓刀尖剛剛好切到工件上表面就停止”，這樣的操作會有較大誤差。要減小誤差，可以在工件上表面放Z軸設定器，這時主軸不能轉，讓刀尖慢慢往下壓Z軸設定器上表面，直到設定器指針指向“0”，那么這時刀尖至工件上表面的距離就是50 mm，假設Z軸設定器指針指向“0”時機床坐標Z值為“-10.256”，那么工件坐標系B點在機床坐標系A的Z向數(shù)值為：-10.256-179.3999-50.00＝-239.6559 。所以，用Z軸設定器可以提高測量的精度。
在五軸聯(lián)動機床，刀具長度數(shù)據(jù)與工件坐標系Z軸數(shù)據(jù)要清楚的區(qū)分開，各自單獨存放，千萬不能混在一起。
3.4 測量工件中心位置X、Y 值
刀具長.度數(shù)據(jù)與工件坐標系Z軸數(shù)據(jù)測量好之后，就可以測量工件中心位置的數(shù)據(jù)了。
如果工件坐標系居中，常用雙邊分中法。分中的工具一般用偏心式機械尋邊器或者電子式尋邊器。分中可以用偏心式機械尋邊器人工分中,也可以用電子式尋邊器雷尼紹RENISHAW 自動分中，人工分中與自動分中原理相同。分中原理如圖8 與圖9 所示，X和Y向各碰兩個點，算出中間值。
圖8 正方形分中示意圖
圖9 圓形分中示意圖
對于五軸聯(lián)動加工中心，如果在調試機床時已經(jīng)找出了工作臺回轉中心的位置，也可以直接使用，不需再找。
得到了工件坐標系零點的X、Y位置數(shù)據(jù)，就可以存儲到G54 或G56、G57、G58、G59 的X、Y存儲器里。在五軸聯(lián)動加工中心，各種刀長數(shù)據(jù)要存儲在刀具長度補償寄存器里，各種數(shù)據(jù)和編程代碼要配合使用，否則會出現(xiàn)嚴重的撞刀事故。
在MDI 操作方式下，單段運行以下程序：運行以上程序應該把快速進給倍率調到較慢的狀態(tài)，操作者要隨時觀察刀尖的位置是否正確，要做好預判，出現(xiàn)問題要馬上暫停。該程序運行的預期刀尖應當停在工件中心上表面50 mm 的位置，如果不是，就要檢查原因。
在五軸聯(lián)動加工中心設定工件坐標系原點的原理實質就是找出工件坐標系原點在機床坐標系中的值，并存儲在G54 或G56、G57、G58、G59 等指令的存儲器里。而刀具長度補償值不能與工件坐標系Z值混在一起，刀具長度補償值與工件坐標系Z值要分開存儲。用Z軸設定器測量會更加精準。測量得的數(shù)據(jù)要經(jīng)過驗證方能使用。文中介紹的方法在社會上主流的國內外五軸聯(lián)動數(shù)控機床上均驗證無誤，具有通用性。驗證過的五軸聯(lián)動數(shù)控機床有德國德瑪吉機床（SIEMENS 數(shù)控系統(tǒng)）、瑞士米克朗GF 機床（HEIDENHAIN 數(shù)控系統(tǒng)）、武漢高科機床（華中數(shù)控系統(tǒng)）等。
