数控车床手动试切对刀操作步骤
数控车床手动试切对刀操作步骤
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一、任务描述
通过面板操作建立如图所示的工件坐标系版权所有-中职教学资源
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数控车床的操作及加工实例
数控车床加工实践
【实践3-1】
系统数控车削加工实践
结合第2章实例2-6,用数控车床加工如图3-39所示零件，其材料为45钢。
零件图毛坯图
图3-39盘类零件加工
该零件加工工艺分析、制订及其加工编程详见第2章2.5.1节实例2-6。
操作步骤及内容如下。
、机床开机
打开机床总电源，按下数控系统开关。等待几秒数控系统开启。
、回参考点
按下键返回参考点键，键指示灯亮，机床处于手动返回参考点操作方式。
按着向下方向键不要抬手，直到X轴移动进入减速后方可释放该键，再经过一段时间，
机床操作键盘上的X参考点灯由暗变亮，X轴停止运动，X返回参考点操作完成，如图3-45
（a）所示。
按着向右方向键不要抬手，直到Z轴移动进入减速后方可释放该键，再经过一段时间，
机床操作键盘上的Z参考点灯由暗变亮，Z轴停止运动，Z返回参考点操作完成，如图3-45
（b）所示。
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资料评价：
所需积分：1数控车床撞刀现象的原因与对策分析
结合生产和教学的实际，总结分析了数控车床的撞刀原因，并提出了相应的对策。对初学者的安全操作提出了建议和要求。
数控车床；撞刀；原因；对策；
分类号： TH11
撞刀，是指刀具与工件或机床部件发生的碰撞，或者刀具在工件上非正常状态的切削和严重干涉现象。撞刀，会造成工件报废，刀具损坏，严重的会破坏机床精度，毁坏机床部件，危及人身安全。因此，务必要引起高度重视。本文通过总结和梳理，对初学者在操作数控车床过程中发生的撞刀现象进行原因分析，并简要介绍对策。
二、撞刀原因及对策
零点偏置或刀具偏置应用错误
（1）零点偏置思路混乱，或一时疏忽，造成绝对刀偏与相对刀偏混用。比如：用G54进行工件零偏后，某一把刀具的刀偏值仍保留了原始的绝对刀偏，在调用这把刀具时，发生严重的超程。或者本来设定使用绝对刀偏，却在程序中误用了G54等指令，且G54原有的偏置值没有删除，造成刀具超程碰撞。例：G54偏置值为（X:-130,Z:-400）（注：以下举例中的机床坐标系，均以机床回零参考点为原点），正常情况下基准刀偏值为（X:0,Z:0），则工件零点的机床坐标为（X:-130,Z-400）,但如果某把刀具仍保留了原有的绝对刀偏值（X:-130,Z:-400）,则该刀具定位的工件零点为（X:-260,Z:-800）,远远超出了机床的有效工作区域，势必撞刀。
对策：在编程或工件加工前，必须选定一种刀具偏置方法（绝对刀偏或相对刀偏），不能混用。如果使用G54零点偏置，刀具则为相对刀偏。为防止刀具参数表残留项目过多被错误调用，应将所有的刀具参数删除或清零。按照刀具实际需要，一把一把安装并设置刀偏值，用几把刀，设几把刀，且刀位号和刀具号连续并一一对应。选定一把刀作为基准刀（一般为1号外圆车刀）后，其它刀具的相对刀偏值均较小。如果发现某一把刀具的刀偏值过于悬殊（尤其是负值），必须进行判断和调整。如果使用绝对刀偏法，要删除不用的G54等偏置值，防止误用。切记，工件原点偏置值和刀具偏置值是可以累加的。
（2）使用G50设定工件坐标系的程序运行结束后，刀架没有停在程序起点定义的初始位置，就再次启动此程序加工，机床会以当前位置建立新的工件坐标系，导致程序地址与工件实际部位严重不符而撞刀。
对策：G50是一个比较特殊的建立工件坐标系的指令，它的工件坐标系是随着坐标定义点而浮动的。如果想避免手工定位刀架的麻烦，必需掌握第二参考点的使用方法。如果不能适应G50的特点，不妨选用其它建立工件坐标系的方法，也能达到效果，且更安全些。
程序中的工件坐标超出机床的有效工作区域或安全区域
（1）如图1：工件原点至卡爪端面尺寸为100mm，如果程序中某一点(如图中A
点)的纵向坐标小于(-100)，刀具就会与卡爪碰撞。这种情况可能由以下原因造成：①、工件毛坯纵向余量过小，安装到卡盘后，留给刀具加工的纵向尺寸不足。②、程序中的Z轴地址输入错误，超出了工件的轴向尺寸。
对策：首先要核对程序中的地址坐标与工件图纸的一致性，然后确保毛坯夹装后的轴向尺寸大于程序中的轴向尺寸。对于初学者，工件毛坯的轴向尺寸要留有足够的余量。为了避免这种碰撞，可以利用机床的软限位功能，在机床参数中设定刀架X、Z轴的正负方向极限值，限定刀架的移动范围，防止刀具过于靠近卡盘或尾座。
程序编制指令、编制方法或编制数据不正确
（1）直线插补指令G01的F值设定错误，导致刀具移动速度过快。这主要是因为程序前面按mm/r（如SIEMENS系统的G95）设定进给方式，但在后面的程序中却按mm/min方式（G94）设置进给量值，导致进给速度过快，而发生碰撞。或者设定为mm/min方式时，在输入F值时发生错误，比如多输个0，导致进给速度提升10倍而发生撞刀。
对策：一定要搞清楚系统默认或已设定的进给方式，进给量要与设定方式对应。且对每种进给方式的进给速度有一个感性的认识，选择一种适合自身习惯的方式。
（2）G00指令使用不当。有人喜欢用G00 &X0
&Zb之类的语句先对刀具定位，但如果其中的b值过小的话，就很容易发生问题。比如，批量加工时，一般采用G54进行固定的零点偏置。但由于毛坯尺寸偏差较大，或安装位置没有固定准确，致使工件毛坯端面超出既定原点较多，则在执行上述定位命令时，刀具快速接触毛坯时会发生撞刀。或者在程序中没有及时转换模态指令，比如：程序中使用了G00指令，但在后面设想的切削加工时没有换成G01指令，以致直线插补形成了快速走刀的效果，发生碰撞。
对策：对于程序中的G00指令要格外小心，如果用错了，破坏力相当大，务必要仔细检查目标点位的可靠性，尤其是G00后面的Z轴负值地址。批量加工的工件一定要保证毛坯尺寸的一致性，且要保证安装位置固定，使毛坯端面的轴向坐标与G54定位的原点轴向坐标基本一致。如果要定位，应在圆周面定位，先进行端面切削，保证端面定位与要求相符后，再进行后续加工。
&(3) 对G02和G03指令，G41和 G42等具有方向性的指令没有正确应用导致错误。
&&对策：在数控车床中，这类指令的方向判别是依据Y轴负方向所在平面进行的，不完全是从操作者的视角进行判定的。简单归纳为：后置刀架，所见即所得（刀尖在图纸平面上怎么运动，指令就怎么设置）；前置刀架，所见非所得（刀尖在图纸平面上怎么运动，指令就按反方向的指令设置，即看到的是顺时针，设置则按逆时针指令设置，看到的是刀具在工件左侧，设置则按刀具在工件右侧设置）。（如图2）
（4）复合切削循环指令的应用方法不当，关键参数点设置不对。比如： FANUC 0i系统G73轮廓复合切削循环指令，SIEMENS
802D系统的 CYCLE95毛坯车削循环指令，因为轮廓程序设计的不合理，造成循环起点小于毛坏尺寸，在切削一第刀时就发生撞刀。
对策：在这种自动循环切削的指令中，务必注意“三点”“一线”的设计。“三点”是循环起点、轮廓起点和轮廓终点，“一线”是待加工的轮廓线。
以SIEMENS 802D为例，在用CYCLE95进行纵向外部轮廓加工时，循环起点就是刀具循环加工的开始点。
如图3，这个轮廓循环切削的起点是由子程序的轮廓起点和轮廓终点的坐标联合确定的,如图中的P点，它是由轮廓起点A的Z坐标和轮廓终点B的X坐标确定的。这里，轮廓起点和轮廓终点都设在了工件毛坯范围之外。一般来说，起点Z坐标超出毛坯端面2-3mm，终点X坐标超出毛坯外圆面2-3mm即可，这样做既可以防止刀具以G00快进时与工件发生碰撞，也可以避免循环切削第一刀时因吃刀量太大而撞刀。
（5）对于数控系统的一些编程规则不了解，导致错误。比如FANUC
0i系统，如果系统默认或设定为小数点编程，则程序地址均需带上小数点。否则，它会被按照整数的1/1000进行计算，这样就会和预想的结果完全不一样。
如图4所示,程序指令为G00& X100&
Z-50，本来设想刀具退到A 点（X:100,Z:-50）,但A 点坐标被系统换算成（X:0.1, Z:
-0.05），实际变成了B点，造成撞刀。
& 对策：一定要弄清数控系统的一些特殊要求，并严格按照规则进行编程。
刀具补偿设置不对
（1）由于刀具磨耗补偿和半径补偿是通过手工输入的，界面切换时，容易混淆对象，程序运行后，所调用的刀具执行错误的刀具补偿值，可能发生碰撞。刀具补偿的设置方法与数控系统有关，一定要准确了解刀偏和刀补的界面，刀具与参数的对应关系。比如：在FANUC系统中，刀偏与刀补是分开在两个界面中的，而在西门子系统中，刀偏与刀补集中在一个界面中。在这项工作中容易犯的错误是：刀补参数输入失误，如将1号刀具参数误输入到2号刀具参数位置上去，或者将刀补的符号搞错，或者将刀补参数的半径值输成直径值，这些都有可能造成干涉或撞刀。
对策：刀具偏置值、刀具补偿值的输入序号一定要与刀架上刀位号相对应。刀补值符号千万不能弄错，尤其是负值刀补，要格外小心。在建立新加工程序的刀具参数前，最好将以前用过的刀具参数删除，重新建立，建立的刀具数量要与程序中实际使用的刀具数量一致。
换刀考虑不周到
（1）换刀时发生碰撞也是初学者容易发生的问题。这主要是因为换刀点离工件或尾座太近，刀架在转位时发生碰撞。
对策：换刀点必须选在工件与尾座之间，且尽量靠近工件。一个程序要固定一个换刀点，让刀具统一在换刀点进行换刀。工件加工前必须在换刀点进行手动换刀，以检验位置的可靠性。有时编程设计的换刀点不一定合适，需要在工件和刀具全部装夹完成后，在工件与尾座之间选定一个点进行换刀测试，确认无误后，再用此点替换程序中设计的换刀点。尤其是有镗刀时，因刀杆较长，更应在机床上进行实际测量后确定换刀点。如使用后顶尖，应注意轴向不可退得过多，并检查程序中轴向坐标是否超程。换刀点坐标最好取50或100的整数倍，防止输入错误，也便于检查与核对。理论上，换刀点坐标应大于工件在X、Z轴正方向的最大坐标。
刀具进退路径设计错误，造成刀具与工件严重干涉
（1）在工件尺寸非单调形状下，进退刀考虑不全面，造成刀具与工件凸出部分相撞。
如图5,刀具如果从P点直接退到A 点，必然会发生碰撞，如果先沿X轴退到B点，再从B 点沿Z轴退到A 点，就可以防止碰刀。
对策：对于工件形状要仔细分析，设计好每一把刀具的进退刀路线及中停点。割刀与镗刀等刀具必须遵循单坐标进退方式。建议对其它刀具也按这种方式处理。这样可能会降低一些效率，但对于提高安全性有益。尤其是内孔加工，更要仔细设计。&　
刀具选择与安装不当
（1）教学用数控车床一般为经济型车床，刀具需要手工安装。刀具安装不正确，过高或过低，刀尖未严格对准工件的旋转中心，进行端面车削时，造成碰刀。
如图6所示，由于刀尖没有对准工件中心，造成工件中心部分无法车削掉，但刀架仍按程序要求向中心进给，以致撞刀。
对于数控车床，刀具安装要求很严格，因为自动运行的特点，无法及时纠正安装错误，会让问题扩大化。因此，务必严格按规范装刀。
（2）选择刀具时考虑不周到，造成刀杆或刀头与工件发生干涉。&
如图7所示，a: 工件切断或切槽时刀头长度不够，刀杆与工件相撞；b: 车螺纹时没有留下足够的退刀槽，刀杆与工件端面相撞；c:
忽视了刀具自由切削角的影响，刀头自由面与工件发生干涉。
对策：在确定加工过程时，应对刀具作好全程规划和细致考虑。如果工件形状复杂，应考虑工件掉头加工，以避免单向加工时需要使用过多的刀具，增加操作难度。
（3）在工件加工过程中，因为某种原因中途换了刀杆或刀片，而没有及时调整刀偏和刀补参数，重新加工时发生干涉。
对策：数控车床的刀具或刀片更换，应按照新安装刀具的要求进行刀偏和刀补的计算工作。
试切对刀操作不当
数控车床的手动操作主要集中在试切对刀阶段，这一过程也容易发生各种问题。由于手动对刀是使用数控车床的基本技能，这项技能与提高学员的机床操作水平密切相关，因此要正确掌握。
试切对刀时，当刀尖距离工件较远，可快速进给，快速进给倍率可设定为“100%”。当刀具靠近工件时，快速倍率应设定在“25%”以下。靠近工件定好切削位置后，应转换为手动进给，首先把倍率旋钮转到零位，然后慢慢提高速度，观察刀具切屑及工件表面情况，随时调整倍率。对于初学者，保持低速运行，可防止操作中的紧张和慌乱，且有助于辩识进给切削的效果。不仅是试切对刀，在其它机床操作中也一定要养成“先看（刀具距离、功能指示、进给倍率、方向选择）后动”的良好习惯。提高这一基本技能，没有捷径可走，只有多上机练习，体会各种进给方式和倍率的速度反映，才能培养一种正确的操作意识和习惯。
（2）由于内孔试切和外圆试切时刀具运动方向正好相反，在习惯意识的影响下，很容易误操作碰刀。
对策：牢固树立“内外有别”的意识。内孔加工时，要格外小心，因孔的空间小，刀尖看不见，试切进给或退刀时，一定要低速移动。
程序执行与调试不当
（1）程序调入后，没有进行预检，就急于加工，造成撞刀。
对策：①、如果数控系统具有图像模拟功能，当输入或调入程序后，应当调用图像模拟功能，详细地观察刀具的运动轨迹，检查刀具与工件或机床是否可能发生碰撞。如果发现有突兀的刀轨，务必查找原因，及时修正。②、新程序第一次运行时，一定要执行单步运行功能。单步运行的目的不是分解程序，而是校正程序。对于一个有数十行命令的加工程序，通过人的预想去判断整个过程合理与否是很困难的。而单步功能可以逐条执行，逐条检验，逐条修改，极大方便了程序校核工作。对于初学者，容易犯的错误是，执行单步功能时，仅仅为了观察每条程序的动作，而没有预想和修正下一段程序，结果在执行单步试运时，照样发生撞刀。正确的作法应是这样：调入程序，执行单步功能。每执行完一段，暂停一下，然后判断下一段程序的刀具动作，如果该段程序正确，动作不会有问题，就执行下一段程序。如果发现程序错误，或者刀具可能碰撞，应切换成编辑界面，修改下一段程序。修改完后，切回单步运行功能，再按循环启动键，执行修改后的程序段。依此方式，逐条执行并修改了全部程序。单步功能，给操作者提供了充足的时间去核对坐标，观察刀尖，判断换刀点，因此大大降低了程序的预想难度和修改难度。
单段运行和调试是培养机床工敏锐预判，超前分析的过程，结合自编程序的校核和修改，可以有效地提高个人综合能力。事实上，通过单段程序调试，可以发现前面提到的许多问题，这也是避免自动加工时机床发生问题的最有效方法。
&(2) 没有仔细核对需调用执行的程序，误用了其它程序，比如在SIEMENS
802D系统中，调整CYCLE95循环参数的过程中，对子程序进行了修改，之后没有切换选取主程序，系统默认执行子程序，造成加工错误。
对策：由于系统有时存储了很多程序备用，在选择执行时，一定要仔细检查，尤其要注意在加工前进行再次核对。对于学员操作练习，宜将其它不用的加工程序删除。
（3）以为程序在仿真软件上通过，就认为在车床上加工没有问题，直接运行后造成错误。事实上，虚拟仿真，主要是观察机床整体加工轮廓和轨迹正确与否，一些具体的细节，如切削用量、进给速度、刀补参数是否合适和准确，只能在实际加工中体验。仿真软件通过的程序，上机时同样要遵循单步调试的原则。对于初学者，使用软质材料进行切削试加工，体会以上参数的合理性是一个比较保险的作法。
以上的例子，只是数控车床撞刀原因的一部分，实际产生的原因可能会多种多样，认真分析这些撞刀现象，可以吸取教训，避免类似错误的发生。对于指导老师，应当将这些原因讲清讲透。对于学生，务必并拓展思维，总结个人的操作经验，发现自身不良工作习惯，及时纠正。对于数控车床上发生的的撞刀事故,
以粗心大意和一时疏忽为借口是不负责任的，一定要培养一种严密的编程思路，谨慎的操作习惯，细致的工作作风，防患于未然。
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