數(shù)控實(shí)訓(xùn)中常見(jiàn)車床撞刀原因及控制措施

王振鏡

【摘要】數(shù)控車床在加工圓錐面、球面、螺紋及復(fù)雜的回轉(zhuǎn)面等方面，具有高速、高效、高精度和低勞動(dòng)強(qiáng)度的特點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用，然而在數(shù)控實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，撞刀現(xiàn)象頻繁發(fā)生，一旦發(fā)生撞刀事故，刀具受損，機(jī)床精度降低，甚至危及操作者的生命。為了加深對(duì)數(shù)控實(shí)訓(xùn)操作規(guī)程的認(rèn)識(shí)程度，作者結(jié)合多年經(jīng)驗(yàn)，從數(shù)控車床撞刀的概念、成因以及對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行控制的措施三個(gè)角度進(jìn)行了闡述，以期提高實(shí)訓(xùn)安全性。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車床 實(shí)訓(xùn)教學(xué) 車床撞刀 控制措施

【中圖分類號(hào)】TG519.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）01-0013-02

數(shù)控車床已被廣泛使用，許多機(jī)械制造及加工企業(yè)紛紛使用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，使得數(shù)控操作類人才需求劇增，這就促使中職學(xué)校加大了對(duì)數(shù)控車實(shí)訓(xùn)設(shè)備的投入，培養(yǎng)符合企業(yè)需要的高素質(zhì)技能型人才。然而，在數(shù)控車實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，往往由于編程、操作或其他原因，引起刀具與工件或機(jī)床部件發(fā)生的碰撞，或者刀具在工件上非正常狀態(tài)的切削和嚴(yán)重干涉的撞刀現(xiàn)象，稍有不慎就可能會(huì)使刀具或刀架撞到高速旋轉(zhuǎn)著的工件或卡盤(pán)上，輕者刀具損壞、工件報(bào)廢，重者會(huì)損壞機(jī)床，影響機(jī)床的加工精度，甚至造成人身事故。因此，在數(shù)控車床的操作學(xué)習(xí)訓(xùn)練過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)盡量避免撞刀現(xiàn)象的出現(xiàn)?；诖耍疚膹臄?shù)控車實(shí)訓(xùn)教學(xué)撞刀的概念出發(fā)，針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)操作數(shù)控車床的加工過(guò)程中出現(xiàn)的撞刀原因進(jìn)行了分析探討，總結(jié)了數(shù)控車操作過(guò)程中發(fā)生撞刀的原因，并提出了切實(shí)可行的控制措施，以便在教學(xué)中盡量避免類似撞刀事故的發(fā)生，從而提高學(xué)習(xí)操作數(shù)控機(jī)床的安全性。

1.數(shù)控車床撞刀的概念

數(shù)控車床主要是用來(lái)加工精度較高的軸套類、盤(pán)類、球面、螺紋以及形狀比較復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零配件，而且數(shù)控車床具有精度、效率和速度較高，但勞動(dòng)強(qiáng)度和普通車床比較相對(duì)較低的特點(diǎn)。所謂數(shù)控車床撞刀，是指數(shù)控車床上的刀具或者是刀架，在操作的過(guò)程中與工件或者是機(jī)床其它部件發(fā)生碰撞這種現(xiàn)象的總稱?？偟膩?lái)講，所有的數(shù)控車床都安裝有限位開(kāi)關(guān)，撞刀的可能性較小，但對(duì)于參加數(shù)控車實(shí)訓(xùn)中的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于學(xué)生對(duì)程序編制、基本操作等不夠熟練，容易發(fā)生撞刀這種現(xiàn)象，不但造成刀具的損壞，甚至還會(huì)數(shù)控設(shè)備的損壞，還有可能危及操作者的人身安全。

2.數(shù)控車實(shí)訓(xùn)中常見(jiàn)車床撞刀的原因

2.1 因編程不當(dāng)或錯(cuò)誤產(chǎn)生撞刀

2.1.1 進(jìn)給量F值設(shè)定不當(dāng)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給量分為兩種，分別是每分進(jìn)給量和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，數(shù)控車默認(rèn)的進(jìn)給量是每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，即主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具相對(duì)工件移動(dòng)的距離。如此時(shí)主軸轉(zhuǎn)速為S600轉(zhuǎn)/分進(jìn)給量F0.5，換算成每分進(jìn)給量則為F300，如果在每轉(zhuǎn)進(jìn)給量狀態(tài)下把F0.5換成F300，那么刀具就會(huì)以非常快的速度切上工件而引起撞刀。

2.1.2 快速點(diǎn)定位GOO使用不當(dāng)

快速點(diǎn)定位GOO的作用是使刀具快速定位到某一點(diǎn)，其走刀路徑不一定是直線，不同廠家可能在設(shè)定時(shí)有所不同，但多為折線，加工時(shí)要注意觀察刀具相對(duì)工件的位置，切忌中途和工件等發(fā)生干涉碰撞。

2.1.3 圓弧插補(bǔ)指令G02（G03）使用不當(dāng)

圓弧插補(bǔ)指令G02（G03）在刀架前置的數(shù)控車中，其圓弧的順逆和直觀相反，而在刀具后置的數(shù)控車中，其圓弧的順逆和直觀相同，如果在使用過(guò)程中把G02（G03）弄混了就可能加工出廢品甚至撞刀。

2.1.4 車削復(fù)合循環(huán)刀具定位點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)

車削復(fù)合循環(huán)在使用時(shí)，起始點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)也較易發(fā)生撞刀現(xiàn)象，如外圓加工時(shí)，一定要定位到工件外圍某一點(diǎn)（如圖1所示），內(nèi)孔加工時(shí)，要定位到工件內(nèi)孔附近而又離工件有一定安全距離的某一點(diǎn)，外圓加工時(shí)起始點(diǎn)所在的X軸坐標(biāo)太小及內(nèi)孔加工時(shí)起始點(diǎn)所在的現(xiàn)象。

2.1.5 對(duì)編程規(guī)則不甚了解

各種數(shù)控系統(tǒng)的編程規(guī)則不盡相同，比如我們常用的FANUC系統(tǒng)，編程時(shí)要求小數(shù)點(diǎn)編程，就是要求地址字坐標(biāo)最后要加上小數(shù)點(diǎn)。

2.1.6 刀具的進(jìn)刀和退刀路線設(shè)計(jì)不合理

刀具的進(jìn)刀和退刀路線設(shè)計(jì)要合理，比如外切槽刀在切好刀槽退出的時(shí)候，退出路線只能朝X軸的正方向退刀，而鏜孔刀在加工結(jié)束時(shí)只能沿Z軸的正方向退刀，否則就可能撞刀。較易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是X、Z軸同時(shí)退刀，這時(shí)刀具運(yùn)行的是斜線或折線，所以很易發(fā)生撞刀現(xiàn)象。

2.1.7在加工時(shí)程序的執(zhí)行和調(diào)用不當(dāng)

首先，在加工工件時(shí)，程序從中間執(zhí)行而忘記加入主軸旋轉(zhuǎn)指令，極有可能使刀具撞上靜止的工件。其次，加工的程序如果帶有子程序，加工工件時(shí)錯(cuò)誤的從子程序開(kāi)始執(zhí)行，而子程序又沒(méi)有主軸旋轉(zhuǎn)指令是也有可能撞刀。最后，在加工工件時(shí)，錯(cuò)誤的調(diào)用了與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不符的程序也是極有可能撞刀的。

2.2 對(duì)刀不當(dāng)或不正確發(fā)生撞刀

2.2.1 手輪進(jìn)給倍率使用不當(dāng)

在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生對(duì)刀大多采用的是試切法對(duì)刀。試切法對(duì)刀一般使用的是手輪，不少學(xué)生在對(duì)刀時(shí)，常常會(huì)忘記對(duì)手輪進(jìn)給的倍率快慢進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)學(xué)生在用手輪以比較大的倍率快速將刀具靠近工件后，仍然以較快的速度切削工件，就會(huì)致造成車刀和工件發(fā)生碰撞。

2.2.2 對(duì)刀時(shí)數(shù)據(jù)輸入不對(duì)或輸入位置不正確

很多實(shí)訓(xùn)的學(xué)生在進(jìn)行數(shù)控車床對(duì)刀操作時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤或者是數(shù)據(jù)位置輸入不對(duì)的情況，一旦數(shù)據(jù)輸入不正確，那么在運(yùn)行數(shù)控車床切削加工工件時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象。

2.2.3 零點(diǎn)偏移和刀具偏移混合使用

在對(duì)刀時(shí)我們有時(shí)采用零點(diǎn)偏移法，這時(shí)多指定一個(gè)基準(zhǔn)刀具，把基準(zhǔn)刀具相對(duì)機(jī)床零點(diǎn)絕對(duì)刀偏的X、Z值輸入G54內(nèi)相對(duì)應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)偏移，而把另外幾把刀的相對(duì)刀補(bǔ)值輸入到刀具形狀補(bǔ)償寄存器對(duì)應(yīng)的X、Z內(nèi)。另外，在對(duì)刀時(shí)我們有時(shí)也采用刀具絕對(duì)偏移法，即把每把刀刀位點(diǎn)相對(duì)機(jī)床零點(diǎn)的絕對(duì)刀偏值，全部輸入到刀具形狀補(bǔ)償寄存器對(duì)應(yīng)的X、Z內(nèi)。但兩種方法不能混合用，如圖2所示，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偏值疊加，從而造成撞刀。

2.3 因操作不當(dāng)而產(chǎn)生撞刀

2.3.1 工件或刀具裝夾不夠牢固

工件或刀具裝夾不夠牢固這是初學(xué)者比較容易出現(xiàn)的問(wèn)題，工件或刀具裝夾如果不夠牢固，那么在加工時(shí)切削深度等就會(huì)不穩(wěn)定，撞刀現(xiàn)象就會(huì)不時(shí)出現(xiàn)。

2.3.2 對(duì)工件的尺寸粗細(xì)、長(zhǎng)短等考慮不周

工件的尺寸太長(zhǎng)而毛坯相對(duì)較短，工件的尺寸太細(xì)而毛坯相對(duì)較粗，毛坯和工件不合適，都較易出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象。

2.3.3 刀具安裝時(shí)刀尖高度太高或太低以及刀桿伸出太長(zhǎng)

刀具安裝時(shí)刀尖高度太高時(shí)后刀面容易擠壓工件，刀具安裝時(shí)刀尖高度太低時(shí)加工時(shí)容易出現(xiàn)震刀，這兩種情況都有可能引起加工意外。

2.3.4 換刀時(shí)刀架距離工件、卡盤(pán)、尾座太近出現(xiàn)撞刀

換刀時(shí)刀架距離工件、卡盤(pán)、尾座太近而出現(xiàn)碰撞這種現(xiàn)象，是新手比較容易犯的錯(cuò)誤，一把刀加工結(jié)束時(shí)需要換刀時(shí)，必須讓刀架遠(yuǎn)離工件、卡盤(pán)、尾座再進(jìn)行換刀，否則就可能刀架就可能和它們發(fā)生碰撞。

3.數(shù)控車學(xué)生實(shí)訓(xùn)的教學(xué)中控制撞刀的措施

3.1 在數(shù)控車加工時(shí)要保證程序的正確，以及準(zhǔn)確的調(diào)用和運(yùn)行程序

數(shù)控加工時(shí)程序必須正確，要注意不同數(shù)控系統(tǒng)編程的規(guī)則并不相同，可以采用多種方法予以保證，為此我們?cè)诩庸ぶ翱梢允褂枚喾N方式進(jìn)行程序的檢查，來(lái)確保證程序的正確，這樣可以消除絕大多數(shù)的撞刀隱患。

3.2 在數(shù)控車加工時(shí)要合理安排加工工藝

首先要選擇合理的工件裝夾方式，合理的裝夾工件是工件能正常加工的必要保證。其次為了有效地避免碰撞，使刀具沿著合適的路線運(yùn)動(dòng)，對(duì)進(jìn)刀和退刀方式都有要做合理的安排，像鏜孔刀、切槽刀等不管是進(jìn)刀還是退刀，都盡量采用單坐標(biāo)移動(dòng)方式，使刀具沿單一坐標(biāo)切入或離開(kāi)工件。最后在數(shù)控車加工時(shí)，要選擇合適的加工起始點(diǎn)及換刀點(diǎn)，防止因刀具離工件太近而發(fā)生碰撞。

3.3 提高學(xué)生操作的熟練程度

在數(shù)控加工前，讓學(xué)生加強(qiáng)機(jī)床操作練習(xí)，提高對(duì)刀時(shí)刀補(bǔ)輸入位置及數(shù)值的正確性，選擇一種對(duì)刀方式熟練掌握，不要幾種對(duì)刀方式混用，練習(xí)時(shí)多感受手輪進(jìn)給倍率的快慢變換練習(xí)運(yùn)用手輪進(jìn)行對(duì)刀，換刀時(shí)要注意刀具的位置，對(duì)刀結(jié)束后要對(duì)刀偏值進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.4 提高學(xué)生處理加工過(guò)程中出現(xiàn)意外的能力

在加工過(guò)程中出現(xiàn)超程、急停、斷電等加工意外時(shí)，要指導(dǎo)學(xué)生正確處理。當(dāng)解除超程、旋開(kāi)急停按鈕、恢復(fù)通電后，首先要對(duì)機(jī)床進(jìn)行復(fù)位，然后重新進(jìn)行參考點(diǎn)的返回，再對(duì)造成以上現(xiàn)象的原因進(jìn)行檢查，查出原因，解決后再進(jìn)行加工。

4.結(jié)論

總之，數(shù)控車床操作實(shí)訓(xùn)教學(xué)是我國(guó)各個(gè)職業(yè)學(xué)校數(shù)控專業(yè)實(shí)習(xí)中一個(gè)主要的部分，但是它在教學(xué)實(shí)操的過(guò)程中還存在著諸多的不足與缺陷，這些都影響著數(shù)控車床操作實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效率、質(zhì)量。這就要求初學(xué)者，在加工前最好進(jìn)行仿真、刀路模擬等操作，并養(yǎng)成好的習(xí)慣，認(rèn)真對(duì)待數(shù)控機(jī)床加工操作的每一個(gè)環(huán)節(jié)，按正確的方法去規(guī)范地操作機(jī)床，盡量減少數(shù)控車床撞刀以及其他有危害性的現(xiàn)象發(fā)生，從而提高數(shù)控車實(shí)訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]陳平康.數(shù)控車床在實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)中應(yīng)注意的問(wèn)題[J].科學(xué)咨詢.2014（26）

[2]韓德虎.淺談在數(shù)控車實(shí)訓(xùn)教學(xué)操作中應(yīng)注意的問(wèn)題[J].河南科技.2013（14）