淺談數(shù)控機床加工過程中的“撞車”問題

薛君英

（寶雞機床集團有限公司，陜西寶雞721013）

隨著裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展和完善，高速、高效、高精度數(shù)控機床的市場需求不斷加大。然而在實際應(yīng)用當(dāng)中，由于各種原因，導(dǎo)致加工過程中還存在很多問題，以至于加工尺寸不準(zhǔn)確，甚至出現(xiàn)撞車等嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)的問題，造成不必要的經(jīng)濟損失。

本文列舉了數(shù)種常見的引起數(shù)控機床撞車的原因，并對其進行分析，以具體數(shù)控系統(tǒng)為例，提出對應(yīng)的預(yù)防措施。

1 機床坐標(biāo)原點的設(shè)定

機床坐標(biāo)原點，是機床進行加工運動的基準(zhǔn)參考點。正確的機床原點，是機床可靠加工的前提。數(shù)控機床的驅(qū)動軸所配交流伺服電機，有相對位置和絕對位置編碼器兩種。以下分別說明這兩種配置下，機床參考點對加工過程的重要性及注意事項。

（1）相對位置編碼器。當(dāng)數(shù)控機床的交流伺服電機為相對位置編碼器時，一般使用減速擋塊、行程開關(guān)和伺服電機一轉(zhuǎn)信號，來完成機床的回原點操作，應(yīng)注意要在確認超程限位開關(guān)有效后，才可執(zhí)行機床回原點操作。

加工操作前，機床如果沒有執(zhí)行回機床原點，或者是回機床原點位置不正確，將會導(dǎo)致機床坐標(biāo)偏移，程序運行時，就很容易發(fā)生加工尺寸不準(zhǔn)確或造成撞車。

如果回機床原點減速擋塊的安裝位置不對，或者沒有足夠的減速距離，都可能導(dǎo)致每次回機床原點的位置不對。機床回原點速度越快，擋塊就要越長，否則會因CNC加減速、機床慣性等原因，使拖板沖過擋塊后，速度沒有降下來，這將會直接影響機床回原點的準(zhǔn)確度。

通常把機床回原點減速擋塊安裝在接近該軸的最大行程處，回原點擋塊有效行程在25 mm以上，以保證足夠的減速距離，確?；卦c速度能夠降下來，以保證機床準(zhǔn)確回原點。

（2）絕對位置編碼器。采用絕對編碼器的伺服電機系統(tǒng)斷電時，伺服電機或伺服驅(qū)動配有電池，可以保持記憶機床位置，因此機床斷電再上電后，不必進行回機床原點操作，使用較方便。

但需要注意的是，當(dāng)絕對編碼器配的電池電量低時，應(yīng)及時正確地更換電池，以避免機床位置丟失。如FANUC β系列伺服電機，更換電池需要在機床帶電狀態(tài)下進行，否則機床坐標(biāo)將會丟失。坐標(biāo)位置丟失后，必須重新建立機械位置和絕對編碼器的對應(yīng)關(guān)系。重新建立坐標(biāo)之后，使用機床時，必須檢查所調(diào)用程序的編程坐標(biāo)及各類補償數(shù)據(jù)是否正確。一般機床出廠時，機床制造商已經(jīng)建立參考點位置。

2 工件坐標(biāo)系的設(shè)定

用于工件加工的坐標(biāo)系，叫做工件坐標(biāo)系。一般可通過用G50、G54到G59指令或者通過回機床參考點等方式，來設(shè)定工件坐標(biāo)系，一般FANUC、KND等數(shù)控系統(tǒng)通電時，默認選擇G54坐標(biāo)系。在執(zhí)行加工程序時，工件坐標(biāo)系（G54-G59）的零點設(shè)定不正確，或是程序中調(diào)用的坐標(biāo)系不正確，都會引起加工過程中撞車，或?qū)е录庸すぜ叽绮粶?zhǔn)確。對圓弧插補、螺旋插補、固定循環(huán)等加工，如果指定的平面不正確，也會導(dǎo)致機床有預(yù)想不到的運行結(jié)果。

因此，在執(zhí)行程序之前，必須認真確認工件坐標(biāo)系，如果不考慮工件坐標(biāo)系的位移和加工平面的正確選擇，而直接執(zhí)行加工程序，則會導(dǎo)致機床出現(xiàn)預(yù)想不到的運轉(zhuǎn)結(jié)果。應(yīng)注意工件坐標(biāo)系一旦建立，便一直有效，直到被新的工件坐標(biāo)系所取代。

3 加工程序本身存在問題

（1）因為系統(tǒng)部分G代碼為模態(tài)（模態(tài)，即在同組其他G代碼指令前一直有效），如果程序的前一個加工程序，或者程序段中指定的G代碼，在程序段結(jié)束時沒有取消，此G代碼在下一個程序或段落中將繼續(xù)有效，這樣可能致使機床誤動作甚至導(dǎo)致撞車。

（2）如果機床暫停加工，之后對加工過程中的程序進行修改、插入或是刪除，然后繼續(xù)執(zhí)行該程序，就會導(dǎo)致機床出現(xiàn)預(yù)想不到的運轉(zhuǎn)。

總之，對正在使用的加工程序進行修改、插入或刪除是十分危險的，原則上不要擅自為之。

（3）編程序時還應(yīng)該注意，刀具（刀架）不可與設(shè)備、工件、夾具、附具等干涉，例如立式車床制造商一般已設(shè)定好固定的換刀點，有些用戶為提高加工效率自行更改換刀點時，必須確保換刀點在安全位置。

（4）明確圖紙意圖，仔細編程。例如G90 X/Z絕對值指令：按照指令的坐標(biāo)值運行；G91 U/W增量值指令：按照指令的移動距離運行。

一般的數(shù)控系統(tǒng)允許絕對值相對值混用，所以編寫程序時必須仔細。針對加工程序，一般可通過試運行保證機床正確工作，例如可以不裝工件和刀具，利用單段、進給倍率或機床鎖等檢查機床正確運行。

4 參數(shù)設(shè)定有誤或者誤改動

（1）數(shù)控系統(tǒng)一般會有公/英制轉(zhuǎn)換功能，但進行公/英制轉(zhuǎn)換時，并不轉(zhuǎn)換例如工件的原點偏置值、各類參數(shù)和當(dāng)前的位置等數(shù)據(jù)的測量單位。因此，在運行機床之前，必須仔細確認這類數(shù)據(jù)的有效單位。各數(shù)控系統(tǒng)公/英制設(shè)置方法因系統(tǒng)而異。在FANUC系統(tǒng)中，設(shè)置參數(shù)0000#2 INI為公/英制切換參數(shù)。在KND數(shù)控系統(tǒng)的操作界面中按[設(shè)置]軟體鍵，出現(xiàn)設(shè)置參數(shù)頁面，在其中可以選擇程序的輸入單位是英寸還是毫米，一般默認為毫米。

（2）數(shù)控系統(tǒng)在編寫程序時，對小數(shù)點數(shù)值也做了詳細說明，因為數(shù)值帶小數(shù)點和不帶小數(shù)點意義大不相同。以KND數(shù)控系統(tǒng)為例說明。相關(guān)參數(shù)如下：

系統(tǒng)參數(shù)NO.13#6 POD

0：小數(shù)點是否編入任意。

1：可帶小數(shù)點的必須編入小數(shù)點，否則產(chǎn)生報警。

例如：公制時

X1.表示X 1mm X1表示X 0.001 mm

NO.13#3PODI

0：編程時，省略了小數(shù)點，無小數(shù)點。

1：編程時，省略了小數(shù)點，默認有小數(shù)點。

例如NO.13#6=0 NO.13#3=1

公制時

X100表示100 mm

應(yīng)當(dāng)注意的是100μ應(yīng)編寫為X0.1，而不能編寫為X100。

如果以上兩個參數(shù)及其他相關(guān)參數(shù)設(shè)定錯誤，或者被誤改動，在加工時，數(shù)據(jù)單位就會混亂，工件容易出現(xiàn)尺寸不對甚至造成撞車；雖然在同一個程序段中，帶小數(shù)點和不帶小數(shù)點的數(shù)值是可以混用的，但一定要注意最小單位的類型。

5 加工過程中的誤操作

程序正常加工過程中，由于誤操作使程序停下來，如果操作人員按“RESET”復(fù)位之后，立即進行循環(huán)啟動，此時容易撞車。因為運行的默認值與程序的設(shè)定值發(fā)生變化，按“RESET”復(fù)位，則把CNC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，也可能改變了刀具移動指令。

避免方法：如果自動運行程序過程中，出現(xiàn)誤操作導(dǎo)致程序停止運行，此時將模式修改為編輯方式，按“RESET”復(fù)位程序，再重新運行程序。即使從MDI（手動數(shù)據(jù)輸入模式）轉(zhuǎn)換為MEM（存儲器記憶模式），也一定要檢查各個模態(tài)代碼（G、M、S、F、T）并確認準(zhǔn)確無誤之后，再啟動自動循環(huán)（ST），否則可能會造成嚴(yán)重后果。

在加工過程中，因為誤動作或者其他原因引起伺服報警，此時必須先查明原因，排除故障，再重新執(zhí)行回機床原點，并檢查刀具補償?shù)仁欠褡兓?。例如，由于機床X軸定位速度超過電機的最大速度或者該軸負載過大，導(dǎo)致X軸伺服驅(qū)動報警，僅通過復(fù)位按鍵解除報警之后，繼續(xù)運行原加工程序，X軸位置將出現(xiàn)偏差。

需要注意的是：一般伺服類報警解除后機床需要重新上電，執(zhí)行回原點操作，并做相應(yīng)檢查，確認例如刀具補償?shù)戎禑o誤時，才可以重新執(zhí)行加工程序。

6 刀具補償值設(shè)定錯誤

如果刀具補償數(shù)值設(shè)定錯誤，也會造成撞車。刀具補償應(yīng)注意補償方向及補償量大小。要定期檢查刀具補償數(shù)值是否正確，以避免撞車事故的發(fā)生。在更換新刀具或者調(diào)用其他刀位刀具時，都需要設(shè)定刀具補償值。

7 結(jié)束語

由于數(shù)控系統(tǒng)種類較多、操作現(xiàn)場情況復(fù)雜、編程操作人員水平不等，引起機床撞車的原因還有很多。因此，需要加強現(xiàn)場管理，操作人員應(yīng)細心，開機先回機床原點，加工過程中減少誤操作，定期檢查刀具補償值和工件坐標(biāo)系的設(shè)定，在加工前務(wù)必確認原點，做好各方面的檢查，養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，才能確保機床安全可靠高效的運行。本文敘述了數(shù)類產(chǎn)生撞車的原因及預(yù)防措施，并不一定全面，僅供同行參考。

[1]機械電子工業(yè)部.天津電氣傳動設(shè)研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

[2]王建華.電氣工程師手冊(第3版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[3]機械工程手冊.電機工程手冊編輯委員.機械工程手冊(第10卷)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.