數(shù)控車床加工實(shí)訓(xùn)中的故障分析

代曉俊DAI Xiao-jun

（昆明理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心，昆明 650000）

（Engineering Training Center，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650000，China）

0 引言

隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，數(shù)控車床被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)加工領(lǐng)域，它以其高質(zhì)量高精度的特點(diǎn)受到了人們的一致歡迎。數(shù)控車床作為一種高效高技術(shù)含量的自動(dòng)化機(jī)床，逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)、電、儀一體化，它將現(xiàn)代信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及精密機(jī)械等各項(xiàng)新技術(shù)綜合應(yīng)用于整個(gè)加工環(huán)節(jié)中，符合現(xiàn)代化機(jī)床加工的特點(diǎn)。

對(duì)數(shù)控專業(yè)的學(xué)生而言，熟練掌握數(shù)控車床加工的基本操作要領(lǐng)和規(guī)范，明確操作技能是其開始后續(xù)學(xué)習(xí)的前提和基礎(chǔ)。但由于學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握存在一定的問題，因此在實(shí)際操作時(shí)常會(huì)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)導(dǎo)致車床出現(xiàn)故障，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)安全事故。因此，學(xué)校必須加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的數(shù)控車床加工安全教育，強(qiáng)化其安全意識(shí)，引導(dǎo)其自覺規(guī)范操作，從而有效地防止安全事故的出現(xiàn)。

1 數(shù)控車床的典型故障分析

1.1 數(shù)控車床超程警報(bào)

在課堂授課時(shí)，教師會(huì)教授學(xué)生車床測(cè)量系統(tǒng)的基本原理，即當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)斷電情況時(shí)，重新接通電源后必須先使系統(tǒng)坐標(biāo)重返參考點(diǎn)才能進(jìn)行操作，否則會(huì)影響系統(tǒng)精度。但學(xué)生在進(jìn)行數(shù)控車床操作時(shí)，由于車床滑板處于限位開關(guān)極限，或擋板距參考點(diǎn)開關(guān)過(guò)近，導(dǎo)致?lián)鯄K越過(guò)限位開關(guān)，系統(tǒng)發(fā)出超程警報(bào)。

為避免上述情況的發(fā)生，在操作前，學(xué)生必須先確定系統(tǒng)的當(dāng)前工作位置是否正常，若已處于極限位置，則在返回參考點(diǎn)時(shí)必須控制滑板移動(dòng)速度，保證操作安全。車床超程本身并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害，但車床坐標(biāo)不準(zhǔn)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)移動(dòng)錯(cuò)誤，最終導(dǎo)致絲杠損壞。

1.2 編程不當(dāng)導(dǎo)致碰撞

1.2.1 正確使用GOO 指令

GOO 指令是數(shù)控車床加工時(shí)最常用的一種指令，它具有工作速度快和走刀軌跡不定的特點(diǎn)，因此在實(shí)際操作中具有一定的危險(xiǎn)性。由于GOO 指令是一種定點(diǎn)指令，在實(shí)際編程中使用G00 X80.0 Z50.0 程序段，則根據(jù)其編程特點(diǎn)，可以確定其四種走刀軌跡。其中，除路線1 以外，其他三種路線均會(huì)出現(xiàn)碰撞。具體情況見圖1。因此，為避免“撞刀”，必須將其程序段分為GOO X80.0；Z50.0；以保證其走刀軌跡為路線1。

1.2.2 正確理解和執(zhí)行復(fù)合固定循環(huán)指令

在使用粗車循環(huán)指令前，必須保證循環(huán)快速回刀點(diǎn)的刀具循環(huán)處于完成狀態(tài)，否則會(huì)損壞刀具和工件。如圖2中，A 點(diǎn)位置為正確回刀位置，它處于端面和毛坯徑向尺寸之外，整個(gè)回刀過(guò)程不會(huì)造成工件損壞，而B 點(diǎn)則會(huì)導(dǎo)致回刀時(shí)出現(xiàn)碰撞，碰壞工件和刀具，影響數(shù)控機(jī)床使用壽命。

圖1 GOO 使用不當(dāng)出現(xiàn)碰撞

圖2 復(fù)合固定循環(huán)指令使用不當(dāng)出現(xiàn)碰撞

1.3 編程時(shí)選刀不當(dāng)

若學(xué)生在進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)選擇刀具不當(dāng)，也會(huì)發(fā)生碰刀情況，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖3 數(shù)控車床加工零件時(shí)選刀的重要性分析

如圖3 中所示零件，學(xué)生在看到其基本形狀時(shí)，會(huì)將其定位為外圓加工，進(jìn)而選擇90 度外圓偏刀作為其加工用刀進(jìn)行加工。這種加工思路看似可行，但稍加分析，便能發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，選擇外圓偏刀進(jìn)行加工只是一種理想化狀態(tài)，學(xué)生并未考慮到其加工工藝和可行性。首先，通過(guò)分析該零件的一些相關(guān)數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，特別對(duì)圓弧的切線角度進(jìn)行分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)該零件加工時(shí)，主偏角和副偏角均有極限范圍。主偏角和副偏角均應(yīng)須大于36.9 度才不會(huì)使刀具與工件相碰，而一般的90 度于外圓偏刀副偏角在15 度之內(nèi)，如果使用該刀，在圖示的2，3，5 點(diǎn)附近看到明顯的碰撞現(xiàn)象口，如果選用45 度外圓偏刀，在本零件的加工時(shí)，將是合適的刀具。如果圖3 中1 點(diǎn)處的外圓直徑大于φ6mm，構(gòu)成虛線所示的臺(tái)階軸，則不能繼續(xù)使用45 度外圓偏刀加工錐面和端面，如1 點(diǎn)處的刀具將碰撞端面。

1.4 螺紋加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速過(guò)快

在進(jìn)行螺紋加工時(shí)，由于其自身加工必須控制其全程加工速度，使其保持在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下。而在進(jìn)行外圓加工和割槽加工時(shí)，由于主軸轉(zhuǎn)速較快，到螺紋加工時(shí)學(xué)生忙于更換刀具和控制程序，容易忽略速度調(diào)整，導(dǎo)致主軸轉(zhuǎn)速過(guò)快，進(jìn)給速度過(guò)大，容易出現(xiàn)爛牙情況，加之被加工材料較硬，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞刀具，影響其使用壽命。

因此，學(xué)生在螺紋加工前一定要將主軸轉(zhuǎn)速換至76-120r/min，這樣才能確保安全完成螺紋加工。指導(dǎo)老師應(yīng)嚴(yán)格把好這一關(guān)，以有效杜絕此類事故的發(fā)生。

1.5 對(duì)刀時(shí)不轉(zhuǎn)主軸

出現(xiàn)此類問題的主要原因?yàn)閷W(xué)生操作時(shí)疏忽大意。學(xué)生在進(jìn)行數(shù)控車床加工時(shí)，由于刀具強(qiáng)度較大但韌性較差，此時(shí)如果不轉(zhuǎn)主軸即進(jìn)行對(duì)刀，會(huì)使刀具承受彎矩力過(guò)大，發(fā)生斷折。

此外，在進(jìn)行數(shù)控車床加工時(shí)，學(xué)生還應(yīng)注意及時(shí)檢查工件或刀具的使用情況，若出現(xiàn)磨損和故障應(yīng)盡早維修或更換，同時(shí)還要保證工件或刀具處于夾緊狀態(tài)，避免出現(xiàn)脫落情況。另外，在實(shí)際操作時(shí)操作者還要用手扶好車床刀架，以保證其平衡性，同時(shí)還要保證車床參數(shù)的穩(wěn)定性，不可隨意修改和替換。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文以昆明理工大學(xué)為例，通過(guò)研究和分析該校數(shù)控車床加工專業(yè)的加工實(shí)訓(xùn)過(guò)程中所存在一系列問題，劃分出一些典型故障類型，并分析了其故障產(chǎn)生原因及相應(yīng)的解決對(duì)策，以強(qiáng)化學(xué)生的安全意識(shí)，引導(dǎo)其自覺規(guī)范操作行為，關(guān)注操作細(xì)節(jié)，不斷提高其實(shí)踐操作水平。

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