摘要：碰撞是數(shù)控機(jī)床操作的大忌，防止碰撞和保證加工質(zhì)量是數(shù)控機(jī)床操作加工的核心問題。本文從數(shù)控機(jī)床操作的自動(dòng)加工、編程和對(duì)刀三個(gè)方面闡述防碰撞、保安全和保質(zhì)量的措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；“三看二要一停”；“三點(diǎn)一線”；“一補(bǔ)三調(diào)”

在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，學(xué)生剛開始對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能還沒有很好地掌握，所以在加工和操作過程中經(jīng)常會(huì)蹦刀，致使刀具損壞，工件報(bào)廢，也有可能損傷到機(jī)床卡盤和電動(dòng)刀架，嚴(yán)重影響機(jī)床精度甚至傷及操作人員。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是宇龍等系列數(shù)控仿真軟件的廣泛應(yīng)用，可以讓學(xué)生在實(shí)際操作之前，在計(jì)算機(jī)上利用仿真軟件進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的編程、操作面板的使用、對(duì)刀、找正和加工等模擬練習(xí)。通過虛擬仿真，能有效地檢查出編程和對(duì)刀中的錯(cuò)誤，還能檢查出可能出現(xiàn)的碰撞和危險(xiǎn)，對(duì)于提高學(xué)生的數(shù)控機(jī)床操作技術(shù)和維護(hù)機(jī)床設(shè)備安全有著極其重要的作用。但是否通過了仿真檢查的程序，就可以放心大膽地在數(shù)控機(jī)床上直接執(zhí)行自動(dòng)加工程序呢？回答是“否”。通過虛擬仿真，主要是觀察機(jī)床整體加工輪廓和軌跡的正確性，而一些具體的細(xì)節(jié)加工，如切削用量是否合理、對(duì)刀及參數(shù)輸入是否正確等因素，只能在實(shí)際加工中體驗(yàn)。所以，在機(jī)床上加工仍然要防患于未然，仍要通過首件加工，對(duì)存在的“碰撞”等隱患仔細(xì)地、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并加以修改清除。本文首先從執(zhí)行自動(dòng)加工入手，談?wù)劸唧w操作中防撞的方法和措施。

“三看二要一?！?/p>

數(shù)控機(jī)床加工可簡單概括為三大任務(wù)：編程、對(duì)刀和自動(dòng)加工。編程是否正確，選擇的切削用量是否合理，對(duì)刀及參數(shù)輸入是否準(zhǔn)確，都會(huì)在自動(dòng)加工中體現(xiàn)出來。為防止安全事故發(fā)生，執(zhí)行自動(dòng)加工時(shí)，關(guān)鍵在第一件，習(xí)慣上稱為“首件試切加工”，把隱藏的失誤因素發(fā)現(xiàn)并改正過來。因此，執(zhí)行自動(dòng)加工時(shí)要做到“三看二要一停”，防止碰撞及其他安全事故的發(fā)生，保證加工質(zhì)量。

“三看”包括以下內(nèi)容：一看程序。首先看程序名是否正確。系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)很多程序，要仔細(xì)檢查機(jī)床執(zhí)行的程序名。如果程序名不正確，應(yīng)在自動(dòng)方式下重新將要執(zhí)行的程序名調(diào)出來，并在屏幕上的特定區(qū)域全部顯示當(dāng)前系統(tǒng)正在執(zhí)行的程序名。然后看程序段，屏幕上顯示當(dāng)前加工程序段，通過看程序段再次確定語句是否正確，是否與當(dāng)前加工工藝相統(tǒng)一，并通過觀察當(dāng)前程序段了解當(dāng)前段的加工目的是否與在機(jī)床執(zhí)行加工中本段加工目的一致。如果發(fā)現(xiàn)刀位錯(cuò)誤或者刀具移動(dòng)方向與程序段目的不一致，應(yīng)馬上停止執(zhí)行，然后復(fù)位，手動(dòng)退刀遠(yuǎn)離工件，再查找錯(cuò)誤原因。二看工件坐標(biāo)。在顯示屏上會(huì)顯示當(dāng)前刀具的機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)、工件坐標(biāo)系坐標(biāo)和剩余值等數(shù)值。在執(zhí)行自動(dòng)加工中重點(diǎn)看顯示的工件坐標(biāo)值和剩余值。工件坐標(biāo)值是刀尖相對(duì)于工件所處的位置，剩余值是刀尖到程序段目標(biāo)點(diǎn)剩余的距離。三看刀尖位置。數(shù)控機(jī)床加工的輪廓，就是要求刀尖所走的軌跡，看刀尖位置即看刀尖相對(duì)于工件的位置。加工過程中的“三看”是統(tǒng)一的，尤其是顯示的工件坐標(biāo)和刀尖位置要同時(shí)觀察，看刀尖位置與現(xiàn)實(shí)的工件坐標(biāo)是否一致，刀尖離工件的距離與顯示的剩余值是否相符，會(huì)不會(huì)碰撞工件或者卡盤。如果出現(xiàn)刀尖位置與顯示值不相符，應(yīng)立即停止執(zhí)行程序，然后復(fù)位、停車并退出刀具，同時(shí)檢查分析錯(cuò)誤原因。

“二要”一要單段執(zhí)行。數(shù)控機(jī)床都具有單段“SBL”執(zhí)行功能，在執(zhí)行自動(dòng)加工過程中，每執(zhí)行完一個(gè)程序段，加工動(dòng)作暫停。要繼續(xù)執(zhí)行程序，需再按一下循環(huán)啟動(dòng)鍵，繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)程序段。通過單段執(zhí)行，給操作者提供充足的看程序、看坐標(biāo)、看刀尖的時(shí)間，防止出現(xiàn)程序錯(cuò)誤發(fā)生碰撞事故。特別是換刀時(shí)，要注意車刀是否退到換刀點(diǎn)，是否會(huì)與工件或者卡盤發(fā)生碰撞。二要低倍率。數(shù)控機(jī)床操作面板上都有進(jìn)給速度調(diào)節(jié)旋鈕或者按鍵。低倍率主要是在加工過程中降低刀具的進(jìn)給速度。這里特別強(qiáng)調(diào)G00的進(jìn)給速度。以法那克系統(tǒng)為例，首件加工中，刀尖離工件距離較遠(yuǎn)，快速倍率可設(shè)定在“100%”上。當(dāng)?shù)毒咧饾u靠近工件時(shí)，快速倍率應(yīng)在“25%”或者“F0”按鍵上。降低刀具進(jìn)給速度，可便于操作者觀察比較刀尖位置與顯示的坐標(biāo)或剩余數(shù)值是否一致，以防發(fā)生碰撞。G01進(jìn)給時(shí)，先把倍率旋鈕轉(zhuǎn)到零位，然后慢慢釋放提高速度，同時(shí)觀查刀具、切屑以及工件表面情況，隨時(shí)調(diào)整倍率。尤其是內(nèi)孔加工，要防止進(jìn)刀或退刀方向錯(cuò)誤，或扎刀、撞刀現(xiàn)象的出現(xiàn)。

“一?！睖?zhǔn)確地說在自動(dòng)加工過程中應(yīng)多次暫停。通過暫停，操作者可有足夠的思想準(zhǔn)備來觀察比較刀尖位置和屏幕坐標(biāo)顯示的情況，特別是切屑纏繞到工件或刀具上時(shí)，都可以按循環(huán)停止鍵，防止操作中因慌亂而出錯(cuò)。

“三點(diǎn)一線”

“三點(diǎn)一線”是在編程中確定加工路線的關(guān)鍵內(nèi)容?！叭c(diǎn)”是起刀點(diǎn)、輪廓起點(diǎn)和輪廓終點(diǎn)?！耙痪€”是要加工的輪廓線（如圖所示）。參考法納克系統(tǒng)，以外輪廓加工為例，起刀點(diǎn)就是刀具切入加工的開始點(diǎn)，編程時(shí)都是G00快速到達(dá)該點(diǎn)后開始G01加工。很多學(xué)生在運(yùn)用G71、G72、G73、G92等循環(huán)指令時(shí)，起刀點(diǎn)設(shè)置得不合理，結(jié)果退刀過程中造成刀具和工件損壞，發(fā)生危險(xiǎn)。所以，設(shè)置起刀點(diǎn)時(shí)必須正確，起刀點(diǎn)一定要在工件毛坯范圍之外，X坐標(biāo)大于毛坯2mm，Z坐標(biāo)超出毛坯端面2～3mm。如果毛坯尺寸誤差比較大，該點(diǎn)離毛坯范圍還應(yīng)遠(yuǎn)些，防止刀具G00快進(jìn)時(shí)與工件發(fā)生碰撞。

輪廓起點(diǎn)與G71、G73加工循環(huán)中的P參數(shù)相對(duì)應(yīng)。該點(diǎn)程序段中，僅寫X坐標(biāo)，系統(tǒng)默認(rèn)Z坐標(biāo)。在執(zhí)行加工中，刀具應(yīng)在輪廓外垂直下刀，否則在系統(tǒng)執(zhí)行中會(huì)發(fā)生程序錯(cuò)誤報(bào)警。

輪廓終點(diǎn)與加工循環(huán)中的Q參數(shù)相對(duì)應(yīng)。該點(diǎn)X坐標(biāo)要大于或等于毛坯直徑，但必須小于加工起點(diǎn)X坐標(biāo)，否則在執(zhí)行G71退刀時(shí)會(huì)發(fā)生扎刀甚至碰件事故。終點(diǎn)Z坐標(biāo)應(yīng)在輪廓線的最左端。

輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)及起刀點(diǎn)之間的關(guān)系。輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)Z向一左一右，X向一上一下。起刀點(diǎn)在毛坯范圍之外，X向高于輪廓終點(diǎn)與輪廓起點(diǎn)與Z向平齊。無論哪種數(shù)控系統(tǒng)或不同的切削循環(huán)，對(duì)這三個(gè)點(diǎn)的位置都必須重視，認(rèn)真分析，防止加工中出現(xiàn)問題。

“一線”即從起點(diǎn)到終點(diǎn)的連線，主要采用G01、G02和G03指令，按照每個(gè)單獨(dú)的幾何要素（即直線、斜線和圓弧等）分別編制出相應(yīng)的加工程序，構(gòu)成加工程序的各條程序即程序段。在加工程序的編制工作中，要用最少的程序段數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工，這樣可使程序簡潔，減少出錯(cuò)的幾率，提高編程工作的效率。由于數(shù)控車床裝置普遍具有直線和圓弧插補(bǔ)運(yùn)算的功能，除了非圓弧曲線外，程序段數(shù)可以由構(gòu)成零件的幾何要素即工藝路線確定的各條程序得到，這時(shí)應(yīng)考慮使用最少的程序段編制的原則。選擇正確的G命令，輪廓線的形狀Z向必須是單向遞增或遞減（內(nèi)孔加工），X方向上，一般采用G71加工循環(huán)，所以，輪廓線的形狀應(yīng)是階梯狀單向遞增。通過仿真可以觀察到G71循環(huán)不識(shí)別凹腔，無論多深的凹形都是最后一刀車出。如果采用尖刀，部分小的退刀槽深度小于2mm，可以直接加工出來，否則必須把凹腔隔離開，單獨(dú)編程，單獨(dú)選刀、加工。如果工件輪廓有直臺(tái)階時(shí)，注意在G71循環(huán)中，Z向一般不留精加工余量，以防止執(zhí)行精加工循環(huán)G70時(shí)讓刀或扎刀。如果該臺(tái)階尺寸精度要求高，可在輪廓編程中預(yù)留0.2～0.3mm余量，單獨(dú)進(jìn)行齊臺(tái)階面加工，以保證工件的尺寸精度和表面精度。

“一補(bǔ)三調(diào)”

程序輸入完成后，通過對(duì)刀“告訴”機(jī)床刀具參數(shù)和工件坐標(biāo)系。在對(duì)刀過程中，要防止以下因素造成加工中碰撞或產(chǎn)生廢品：一是刀具安裝高度，即刀具安裝過高或過低，刀尖未對(duì)準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)中心；二是試切測(cè)量誤差，尤其是內(nèi)孔直徑測(cè)量；三是參數(shù)輸入過程中失誤，例如，將T1刀具參數(shù)誤輸入到T2刀具參數(shù)位置上去；四是切削用量選擇不合理，工件表面粗糙度差；五是編程中輸入尺寸的方法，一般在對(duì)大多數(shù)尺寸偏差統(tǒng)一編程時(shí)，直接輸入基本尺寸，而非統(tǒng)一的尺寸，輸入尺寸偏差的中間值；六是機(jī)床（導(dǎo)軌）存在問題。

“一補(bǔ)”就是刀對(duì)好后，把刀具參數(shù)中的X偏置值補(bǔ)償讓出0.5～1mm或者更多（以外輪廓加工為例），一般Z向偏置不讓尺寸。法納克數(shù)控系統(tǒng)可直接利用顯示屏下“+輸入”軟鍵補(bǔ)償0.5～1mm，西門子802C也可以用G158零點(diǎn)偏移指令補(bǔ)償讓出尺寸，然后再執(zhí)行自動(dòng)加工。

“三調(diào)”首件加工完畢后，準(zhǔn)確測(cè)量各臺(tái)階尺寸、大小頭誤差等，并計(jì)算出差值或余量，作為刀具偏置補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)，然后“一調(diào)”刀具參數(shù)，把讓出的補(bǔ)償數(shù)值再補(bǔ)回去。針對(duì)大小頭誤差以及刀補(bǔ)參數(shù)不能解決的尺寸“二調(diào)”程序坐標(biāo)數(shù)值來保證加工尺寸。根據(jù)加工中的倍率調(diào)節(jié)情況“三調(diào)”切削用量（主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度，吃刀深度）。然后再執(zhí)行一次或兩次精加工循環(huán)，這樣既可防止廢品的產(chǎn)生，又能保證加工質(zhì)量。

以上是筆者在數(shù)控車實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的做法和體會(huì)。在編程方面，應(yīng)認(rèn)真閱讀機(jī)床說明書或相關(guān)編程方法資料。執(zhí)行自動(dòng)加工前，應(yīng)充分利用數(shù)控系統(tǒng)提供的仿真功能，把握仿真軌跡和加工輪廓的正確性，把編程中存在的問題盡可能在仿真檢驗(yàn)中查出并修正。

作者簡介：

于修君（1967—），男，山東平度職教中心教師，加工中心技師，并通過德國手工業(yè)行會(huì)師傅資格考試，研究方向?yàn)閹熧Y培訓(xùn)和數(shù)控教學(xué)。

（本文責(zé)任編輯：尚傳梅）