數(shù)控加工中心撞刀的原因及防止辦法

數(shù)控車床在機(jī)械制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用，企業(yè)對(duì)數(shù)控車人才的需求日益加大。這就促使高職高專院校加大了對(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。本文從數(shù)控車實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)際情況出發(fā)，針對(duì)學(xué)生在操作數(shù)控車床的加工過程中出現(xiàn)的撞刀原因進(jìn)行了分析探討，總結(jié)了數(shù)控車操作過程中發(fā)生撞刀的原因，并提出了切實(shí)可行的解決措施，以減少撞刀事故的發(fā)生。

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，企業(yè)對(duì)數(shù)控車床操作人才的需求日益加大『2]。高職高專院校紛紛購買了大量的數(shù)控車設(shè)備，提高數(shù)控車實(shí)訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有符合企業(yè)需要的高素質(zhì)技能型人才。目前，在數(shù)控車實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，由于學(xué)生編程、操作等原因，使刀具與工件及卡盤常發(fā)生碰撞，造成刀具的大量損壞，甚至危及操作者的人身安全。數(shù)控車實(shí)訓(xùn)過程中使用的刀具大多是機(jī)夾刀具，價(jià)格比較昂貴，刀具的損壞帶來了比較大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，撞刀事故也給初學(xué)者在實(shí)訓(xùn)過程中帶來心理陰影，會(huì)讓學(xué)生在后續(xù)的數(shù)控車操作上變得縮手縮腳，影響數(shù)控實(shí)訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量。本文就數(shù)控實(shí)訓(xùn)中數(shù)控車床操作過程中經(jīng)常發(fā)生撞刀的原因進(jìn)行總結(jié)，并提出相應(yīng)的解決措施，以減少撞刀事故的發(fā)生率。

1.1車削孔時(shí)的進(jìn)、退刀

內(nèi)孔車刀加工孔時(shí)，進(jìn)刀方式應(yīng)為單坐標(biāo)方式[3]，如圖1(a)所示工件中，若直接X、Z軸聯(lián)動(dòng)快速移動(dòng)刀具至目標(biāo)點(diǎn)(G00 X Z)，刀具勢(shì)必會(huì)如實(shí)線所示那樣與工件發(fā)生碰撞；為防止刀具與工件發(fā)生碰撞必須單坐標(biāo)分步使刀具移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)，在編程時(shí)應(yīng)該使刀具先走z方向(留2mm安全余量)，然后走x方向定刀，再走z方向切削加工孔，如虛線所示，這就有效避免了刀具與工件之間的碰撞。

內(nèi)孔車刀加工孔時(shí)，退刀方式應(yīng)為單坐標(biāo)方式，如圖1(b)所示工件中，若直接x、z軸聯(lián)動(dòng)快速移動(dòng)刀具退至目標(biāo)點(diǎn)(G00 X Z)，刀具勢(shì)必會(huì)如實(shí)線所示那樣與工件發(fā)生碰撞；為防止刀具與工件發(fā)生碰撞必須單坐標(biāo)分步使刀具移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)，在編程時(shí)應(yīng)該使刀具先走x方向(退出1～3mm)，然后走z方向時(shí)刀具從孔里退出來，再走x方向使刀具移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)，如虛線所示，避免了刀具與工件的碰撞。

1.2 車削槽時(shí)的進(jìn)、退刀

切槽刀加工槽時(shí)，進(jìn)刀方式應(yīng)為單坐標(biāo)方式，如圖2

(a)所示工件中，若直接x、z軸聯(lián)動(dòng)快速移動(dòng)刀具至目標(biāo) 點(diǎn)(G00 X z)，刀具勢(shì)必會(huì)如實(shí)線所示那樣與工件端面發(fā) 生碰撞；為防止刀具與工件發(fā)生碰撞應(yīng)單坐標(biāo)分步使刀 具移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)，在編程時(shí)應(yīng)該使刀具先走z方向，然后 走x方向定刀(留2ram安全余量)，再走x方向切削加工 槽，如虛線所示，這就有效避免了刀具與工件之間的碰 撞。 切槽刀加工槽時(shí)，退刀方式也應(yīng)為單坐標(biāo)方式，如圖 2(b)所示工件中，加工完槽若直接x、z軸聯(lián)動(dòng)快速移動(dòng) 刀具至目標(biāo)點(diǎn)(G00 X Z)，刀具勢(shì)必會(huì)如實(shí)線所示那樣與 工件端面發(fā)生碰撞；為防止刀具與工件發(fā)生碰撞應(yīng)單坐 標(biāo)分步使刀具移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)，在編程時(shí)應(yīng)該使刀具先走x 方向退出，然后再走Z方向退至目標(biāo)點(diǎn)，如虛線所示，能 有效避免刀具與工件的碰撞。

1.3 起刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)

起刀點(diǎn)是刀具以切削進(jìn)給速度開始車削加工的加工 起點(diǎn)(或循環(huán)起點(diǎn))。起刀點(diǎn)設(shè)置在所加工毛坯外面，在 x、z兩個(gè)方向離工件應(yīng)有一定距離，如圖3(a)所示。起刀點(diǎn)分別表示在X、Z兩個(gè)方向離工件的距離一般取1— 3mm，起刀點(diǎn)離工件太遠(yuǎn)增大G01進(jìn)給的空行程，降低加 工效率；起刀點(diǎn)離工件太近會(huì)增加撞刀隱患。 換刀點(diǎn)是指刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀時(shí)的位置，設(shè)在工件及夾具 的外部，換刀點(diǎn)離工件的距離以換刀時(shí)不與工件及其他 部件發(fā)送碰撞為準(zhǔn)，并力求換刀移動(dòng)路線最短，換刀點(diǎn)的 設(shè)置距離工件太遠(yuǎn)，將延長(zhǎng)G00的移動(dòng)時(shí)間，降低加工效 率，如圖3(b)所示。編程時(shí)換刀要特別注意留給鏜孔刀 足夠的空間，因鏜孔刀刀柄伸出較長(zhǎng)，如換刀空間不夠， 就會(huì)造成換刀時(shí)刀具與卡盤或工具碰撞。另外，如因工具 較長(zhǎng)有后頂尖支撐，在確定換刀點(diǎn)位置時(shí)，還必須確定刀 架向尾座方向移動(dòng)時(shí)的極限位置，避免換刀時(shí)刀架與尾 座發(fā)生碰撞造成刀具損壞。

2.1 手輪進(jìn)給倍率

數(shù)控車床對(duì)刀方式常用的有試切法和對(duì)刀儀自動(dòng)對(duì) 刀法，試切法對(duì)刀是學(xué)生在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)中普遍采用最 多的一種對(duì)刀方法。學(xué)生在對(duì)刀之前，通常要在換到點(diǎn)位 置換到所需對(duì)刀的車刀，車刀通過刀架旋轉(zhuǎn)到位，這時(shí)車 刀到被車削加工工件的距離較遠(yuǎn)，學(xué)生就會(huì)用手輪0．1方 式將刀具快速靠近工件，然后用手輪0+01方式繼續(xù)靠近 工件，用0．001方式切削工件。但是，學(xué)生在操作過程中往 往忘記手輪進(jìn)給倍率快慢的改變，很多初學(xué)者在對(duì)刀時(shí) 用手輪0．1方式將刀具快速靠近工件，繼續(xù)用手輪0．1方 式靠近工件和切削工件，車刀以較大的進(jìn)給速度與工件 接觸，造成車刀與工件發(fā)生碰撞。 初學(xué)者在上數(shù)控車床操作之前，首先在機(jī)房?jī)?nèi)利用數(shù) 控仿真軟件進(jìn)行大量的對(duì)刀練習(xí)，熟練對(duì)刀步驟和操作 要領(lǐng)。其次，在數(shù)控車床上進(jìn)行對(duì)刀操作時(shí)，安排同小組 的成員在傍邊進(jìn)行輔助，對(duì)操作不正確的學(xué)生進(jìn)行及時(shí) 指正，避免車刀與工件發(fā)生碰撞。

2.2 數(shù)據(jù)輸入

學(xué)生在數(shù)控車床對(duì)刀操作時(shí)，經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)輸入位置 不對(duì)或數(shù)據(jù)輸入不對(duì)。比如，學(xué)生在對(duì)刀試切外圓后，x 軸不動(dòng)，刀具沿+Z原進(jìn)給速度退出，退出后按下停止按 鈕停車，用外徑千分尺量得試切部分的外圓直徑，進(jìn)人刀具偏置寄存器的形狀補(bǔ)償，把測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入到相對(duì)應(yīng) 的刀補(bǔ)號(hào)中，在數(shù)據(jù)輸入過程中，學(xué)生往往把數(shù)據(jù)輸入錯(cuò) 誤。另外，學(xué)生把測(cè)得數(shù)據(jù)輸入到刀具偏置寄存器的形狀 補(bǔ)償中錯(cuò)誤的刀補(bǔ)號(hào)中，還有學(xué)生把測(cè)得數(shù)據(jù)沒有正確輸入在顯示刀具幾何形狀補(bǔ)償界面里。由于對(duì)刀數(shù)據(jù)不 正確，造成不能夠獲得正確的工件坐標(biāo)系，在運(yùn)行數(shù)控車 床切削加工工件時(shí)就會(huì)造成車刀與工件或機(jī)床發(fā)生碰 撞。 學(xué)生在對(duì)刀結(jié)束后，應(yīng)該對(duì)每一把對(duì)過的車刀進(jìn)行檢 驗(yàn)。檢驗(yàn)方法是：首先按下POS鍵，顯示出刀具當(dāng)前的位 置坐標(biāo)，分別搖動(dòng)手輪到X0和z0，觀察刀具與工件之間 的誤差是否超差。如果對(duì)刀的x數(shù)據(jù)不正確，當(dāng)搖動(dòng)手輪 移動(dòng)到位置坐標(biāo)x軸顯示為零時(shí)，刀具的刀尖就不在工 件端面的中心處。

3.1 刀具補(bǔ)償值設(shè)定錯(cuò)誤

學(xué)生操作數(shù)控車床加工工件時(shí)，對(duì)刀誤差或刀具磨損 會(huì)影響工件尺寸精度，所以要對(duì)刀具進(jìn)行補(bǔ)償，刀具補(bǔ)償 應(yīng)注意補(bǔ)償方向及補(bǔ)償量大小。要定期檢查刀具補(bǔ)償值 是否正確。在輸人刀具補(bǔ)償值時(shí)，如將“+”號(hào)輸出“一”號(hào)， “X0．08”輸成“X8”，就可能會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行程序后刀具直接沖 向工件或卡盤，造成工件報(bào)廢，刀具損壞，卡盤撞毀等事故。

針對(duì)這種撞刀情況，學(xué)生可以在仿真軟件上進(jìn)行練 習(xí)，熟練掌握在輸入刀具補(bǔ)償值時(shí)，“+”號(hào)和“一”號(hào)之間的 區(qū)別。此外，初學(xué)者在操作時(shí)如出現(xiàn)不確定的情況要及時(shí) 詢問實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師，要得到實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師的確認(rèn)后方可 繼續(xù)操作機(jī)床。

3.2 加工過程中誤停車

數(shù)控車床執(zhí)行程序正常加工過程中，由于操作者誤操 作使程序停下來，如果操作者按“RESET”復(fù)位后，立即進(jìn) 行循環(huán)啟動(dòng)，此時(shí)容易造成刀具與工件發(fā)生碰撞。因?yàn)檫\(yùn) 行的默認(rèn)值與程序的設(shè)定值發(fā)生變化，按“RESET”復(fù)位， 則把數(shù)控系統(tǒng)復(fù)位到初始狀態(tài)，清除了保存在DRAM內(nèi) 的預(yù)讀程序信息，會(huì)改變刀具移動(dòng)指令及主軸轉(zhuǎn)速。 在自動(dòng)運(yùn)行程序過程中，如出現(xiàn)誤停車導(dǎo)致程序停止 運(yùn)行，此時(shí)將模式改為編輯方式，按“RESET”復(fù)位程序，再 重新運(yùn)行程序。

學(xué)生在數(shù)控車床操作過程中發(fā)生撞刀的原因很多，除 上述原因外還有其他情況，這里就不再逐一贅述。為了有 效地防止撞刀發(fā)生，學(xué)生在數(shù)控車床操作時(shí)，要求學(xué)生做 到加工程序編制正確，加工工藝安排合理，操作規(guī)范，就 能減少和防止撞刀事故的發(fā)生，確保數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量。