從編程方面談在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中避免撞刀現(xiàn)象的方法

【摘 要】本文分析在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，由于編程不當(dāng)導(dǎo)致發(fā)生撞刀現(xiàn)象的原因，闡述從編程方面如何避免發(fā)生撞刀現(xiàn)象的具體方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車床 編程 實(shí)訓(xùn)教學(xué) 撞刀現(xiàn)象

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）01B-0093-02

數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)是數(shù)控模具專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，數(shù)控車床是依靠程序來加工零件的，若程序編寫錯(cuò)誤或輸入錯(cuò)誤，比如未輸入刀具號(hào)，未設(shè)換刀點(diǎn)，漏輸小數(shù)點(diǎn)，長(zhǎng)度尺寸漏輸“負(fù)號(hào)”，鏜內(nèi)孔、切槽，X 和 Z 軸聯(lián)動(dòng)退刀，等等，都會(huì)導(dǎo)致撞刀現(xiàn)象發(fā)生。撞刀現(xiàn)象是學(xué)生剛接觸數(shù)控車床初期實(shí)訓(xùn)過程中普遍發(fā)生的，很多剛接觸數(shù)控車床的學(xué)生對(duì)車床編程、操作等都不清楚、不熟悉，稍有不慎就容易使機(jī)床刀架與工件、卡盤或尾座發(fā)生碰撞。在此，筆者根據(jù)多年從事數(shù)控車床教學(xué)的經(jīng)歷，粗淺談一下如何從編程入手有效預(yù)防和減少數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中發(fā)生撞刀現(xiàn)象。

一、設(shè)置程序初始化是預(yù)防和減少撞刀現(xiàn)象發(fā)生的前提

中職教育學(xué)校在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中由于受場(chǎng)地限制以及車床設(shè)備成本普遍較高等原因，學(xué)校大多是采用多人一機(jī)、輪流操作的方式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，這樣既能節(jié)約教學(xué)成本，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。但多人一機(jī)假如不重視數(shù)控車床程序初始化就容易發(fā)生撞刀現(xiàn)象，因?yàn)槊總€(gè)老師對(duì)編程教學(xué)方式和習(xí)慣不同，也會(huì)使學(xué)生效仿的實(shí)訓(xùn)編程方式不同，因而學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中對(duì)機(jī)床程序進(jìn)行初始化的設(shè)置也不同。這種情況在每年各類數(shù)控車床技能大賽中表現(xiàn)得尤其突出，比賽選手假如忽視了程序初始化設(shè)置，比如上位選手平時(shí)喜歡半徑編程，那么不用半徑編程模式的后面選手如果不重新進(jìn)行初始設(shè)置必然受到影響。又比如實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)，上一位操作機(jī)床的同學(xué)采用增量坐標(biāo)進(jìn)行編程，實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，下一位同學(xué)接著使用這臺(tái)車床進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，但他不是用同樣的編程方式，而是用絕對(duì)坐標(biāo) G90 方式進(jìn)行編程，如果他忽略了程序初始化，那么此時(shí)這臺(tái)車床的初始狀態(tài)就是增量坐標(biāo) G91 編程的默認(rèn)方式。當(dāng)使用這臺(tái)車床進(jìn)行加工時(shí)，機(jī)床就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作，甚至撞刀。因此，在實(shí)訓(xùn)中，老師要教育學(xué)生養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，在編制程序第一段時(shí)要進(jìn)行程序初始化，這樣做可以有效避免在車床加工時(shí)發(fā)生撞刀現(xiàn)象。我們就拿華中系統(tǒng)數(shù)控車床來說，編程時(shí)在程序第一段寫上 G94 G21 G40 G90 等，就對(duì)機(jī)床編程加工時(shí)的分鐘進(jìn)給、公制編程方式、刀尖半徑補(bǔ)償取消、絕對(duì)坐標(biāo)編程等進(jìn)行了限制，這樣學(xué)生用機(jī)床進(jìn)行編程加工時(shí)，就不受前一位學(xué)生加工時(shí)所設(shè)置的初始化的影響，可以隨意按照自己的編程習(xí)慣進(jìn)行操作，不用擔(dān)心撞刀現(xiàn)象發(fā)生。

二、進(jìn)刀和退刀路線的選擇是預(yù)防和減少撞刀現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)鍵

（一）如何合理選擇進(jìn)刀路線

在數(shù)控車床編程時(shí)要分析零件圖樣，這是工藝準(zhǔn)備中的首要工作，分析零件圖樣后根據(jù)所要加工的毛坯尺寸和安裝刀具時(shí)其所伸出的實(shí)際長(zhǎng)度等進(jìn)行編程，合理選擇進(jìn)刀路線。在編程時(shí)，為了提高加工效率，盡量縮短空行程，更不能在換刀點(diǎn)進(jìn)行切削加工。一般來說，在空行程中，用 G00 指令快速?gòu)膿Q刀點(diǎn)把刀具移動(dòng)到靠近工件處，此時(shí)，刀具與加工工件的距離通常取離工件外圓及端面 2-5 mm 的安全距離，即循環(huán)起點(diǎn)或進(jìn)刀點(diǎn)，然后才能進(jìn)行切削加工。這一節(jié)距離很重要，太小易崩刀，太大空刀過多。實(shí)訓(xùn)教學(xué)中經(jīng)常會(huì)碰到以下現(xiàn)象，學(xué)生在加工時(shí)，工件毛坯較長(zhǎng)，加工完畢，準(zhǔn)備切斷的時(shí)候，不注意而發(fā)生撞刀現(xiàn)象。比如工件總長(zhǎng) 56 mm，學(xué)生在外圓精加工時(shí)，一般也只會(huì)加工到長(zhǎng) 60 mm 的位置，然后用 GOO 快速定位切斷刀（刀寬 4 mm），當(dāng)定位到 Z-60 時(shí)，學(xué)生記住了刀寬，卻往往忘記了工件左邊毛坯的實(shí)際直徑尺寸，因少了這個(gè)尺寸，所以這時(shí) GOO 定位的 X 坐標(biāo)小于毛坯尺寸，使得刀很容易撞到工件左側(cè)毛坯，如圖 1 所示。

在深槽切削加工時(shí)，學(xué)生編程也往往采用兩軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)刀，不考慮刀具運(yùn)行軌跡，比如 G00 X Z 移刀至切槽定位點(diǎn)，很容易出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象。正確做法是，應(yīng)用單一坐標(biāo)進(jìn)刀方式，把 G00 X Z 分成兩行，先執(zhí)行 G00 Z，再執(zhí)行 G00 X，再在 X 方向切削加工外圓槽，如圖 2 所示，按虛線方向進(jìn)刀。對(duì)于槽類零件加工來說，G00 進(jìn)刀編程時(shí)應(yīng)使刀具先走完 Z 軸方向尺寸，再走 X 方向尺寸，這樣就能避免刀具撞向工件。在工件較長(zhǎng)，需要一夾一頂?shù)臅r(shí)候，進(jìn)刀時(shí)如不小心也很容易導(dǎo)致刀具撞上頂尖，正確的進(jìn)刀路線如圖 3 所示，按虛線走刀，刀具先向 Z 方向移動(dòng)，然后再向 X 方向移動(dòng)，這樣刀就撞不上頂尖。

編程加工時(shí)要根據(jù)圖紙、工件的實(shí)際情況來確定進(jìn)刀路線，編寫程序?qū)憰r(shí)要對(duì)應(yīng)圖紙來確定刀具行程，要做到心里有數(shù)。

（二）如何合理選擇退刀路線

編程不夠熟練的學(xué)生，初學(xué)時(shí)很容易忽略確定退刀路線，或者說不理解指令里面的退刀參數(shù)的含義，因此，加工時(shí)往往使刀具在退回的時(shí)候與工件、尾座等發(fā)生碰撞，這種碰撞現(xiàn)象也是數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中時(shí)常發(fā)生的現(xiàn)象。外圓退刀時(shí)，要按照先退 X 方向，再退 Z 方向；內(nèi)孔退刀時(shí)，一般是先退 Z 方向再退 X 方向。實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，在進(jìn)行工件切斷時(shí)常會(huì)碰到以下現(xiàn)象，學(xué)生先前裝刀時(shí)，刀具比工件中心高低了，因此在切斷指令指使切斷時(shí)，刀具卻無(wú)法切斷工件，此時(shí)假如選擇 G00 X100 Z100 兩軸聯(lián)動(dòng)退刀又會(huì)發(fā)生撞刀現(xiàn)象。還有，如用 G01 指令切槽加工時(shí)，退刀時(shí)不能用 XZ 兩軸聯(lián)動(dòng)退刀方式，應(yīng)用單一坐標(biāo)方向退刀，先在一個(gè)方向退刀完畢后，再在另一方向退刀。還有一種情況，槽加工完畢后，如采用 G00 X100 Z100 隨意兩軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致切槽刀具與工件相撞。為了避免切槽刀具在退刀時(shí)候撞刀，就要使刀具按圖 4 中虛線所示的退刀路線進(jìn)行退刀，把 G00 X Z 分成兩段來執(zhí)行，先退完 G00 X 再退 G00 Z。內(nèi)孔加工時(shí)也經(jīng)常出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象，如圖 5 所示，工件內(nèi)孔編程加工時(shí)，要考慮底孔直徑與刀桿進(jìn)去后的間隙。尤其是小孔加工時(shí)，用循環(huán)指令如 G71 或 G75 加工時(shí)一定要注意程序里的參數(shù)“R”退刀距離，也要注意單位是微米還是毫米，數(shù)值不能過大，否則刀背會(huì)撞到工件孔壁。單一指令或手動(dòng)加工內(nèi)孔或內(nèi)孔槽時(shí)，退刀先走 Z 方向，把刀具從孔里退出來，再走 X 方向使刀具移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)。當(dāng)需要頂尖輔助加工時(shí)，退刀路線為圖 6 所示虛線，先走 X 方向，退出的距離要大于頂尖尾座尺寸，然后再走 Z 方向，這樣就可以避免程序撞刀現(xiàn)象的發(fā)生。

三、合理使用刀補(bǔ)指令是預(yù)防和減少撞刀現(xiàn)象發(fā)生的有效手段

刀補(bǔ)功能在數(shù)控車床加工中有非常重要的作用。使用刀具補(bǔ)償功能后，如刀具磨損也不必改變加工程序的尺寸，它能將編程的計(jì)算量簡(jiǎn)化，大幅提升加工效率。但假如在編程中刀補(bǔ)指令使用不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)多切、少切或撞刀現(xiàn)象。初學(xué)數(shù)控車床加工的學(xué)生在使用刀具補(bǔ)償功能時(shí)，由于對(duì)刀具補(bǔ)償功能不理解，使用刀具補(bǔ)償功能的方法和步驟不正確，容易出現(xiàn)刀具位置補(bǔ)償錯(cuò)誤。表現(xiàn)為當(dāng)某號(hào)刀執(zhí)行刀補(bǔ)后，導(dǎo)致實(shí)際與理論不符，從而出現(xiàn)撞刀事故發(fā)生。如學(xué)生在試切對(duì)刀時(shí)，用 1 號(hào)刀去車工件外圓和端面，卻把 X 測(cè)量的數(shù)據(jù)和 ZO 輸入進(jìn) 2 號(hào)刀存儲(chǔ)器里面去，在程序加工時(shí)刀具卻又寫上 T0101，這樣肯定會(huì)導(dǎo)致與理論不符的錯(cuò)誤。要想在數(shù)控車床加工上編出完整合格的程序，車出尺寸標(biāo)準(zhǔn)的零件，就必須要很好地掌握和利用刀具補(bǔ)償功能。

總之，程序的編寫、輸入與校驗(yàn)在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在編程中要養(yǎng)成細(xì)心、認(rèn)真、負(fù)責(zé)、校驗(yàn)的習(xí)慣，一個(gè)好的編程習(xí)慣可以極大地避免一些不必要的碰撞現(xiàn)象。文中所講的這些問題也僅僅是其中的一部分，我們還要在編程加工中積極探索，注意做好每個(gè)環(huán)節(jié)，注意把握細(xì)節(jié)，最大限度地降低因編程錯(cuò)誤而造成的撞刀現(xiàn)象，避免撞刀事故發(fā)生。

【參考文獻(xiàn)】

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【基金項(xiàng)目】2015年度廣西中職教改項(xiàng)目“提升機(jī)電專業(yè)群服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)適應(yīng)河池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的能力與研究”（GXZZJG2015A035）

【作者簡(jiǎn)介】譚鵬程（1979— ），男，廣西河池人，苗族，大學(xué)學(xué)歷，廣西河池市職業(yè)教育中心學(xué)校講師，研究方向：機(jī)械加工（數(shù)控）。

（責(zé)編 盧建龍）