數控車床實習中存在的安全問題及解決方案

摘 要：中專生在數控車床實習中，因為是新手，存在許多安全隱患。輕則損壞刀具，損毀工件；重則損傷車床，甚至傷及操作人員人身安全，須加以避免。

關鍵詞： 數控車床；實習操作；事故；預防

前言

數控機床是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備，是綜合計算機應用、自動控制、自動加工、自動檢測等高新技術的產物。由于數控機床在制造行業的普及，社會上懂得數控加工技術、能進行數控加工編程以及數控機床維修的技術人才的缺口越來越大。數控車床是目前使用最廣泛的數控機床。我校作為國家級重點職業學校，又坐落于福建閩東電機電器城——福安，為滿足本地區本市的經濟發展需求，為市里的一千多家機電和電子企業提供更多更好的技術人才，重點設置了數控專業，配置了多臺廣數928系統的數控車床作為教學車床。在剛剛接觸數控車床加工時的初學者，經常會出現一些突發狀況，這些突發異常狀況出現時，輕者損壞刀具，工件報廢，重者損傷機床的卡盤及刀架，嚴重影響機床精度，甚至傷及操作人員人身安全。以下對學生在實習操作中的問題加以分析其產生原因和預防、解決方法，以供大家參考。

一、編程

數控機床雖然自動化程度高，但自適應性差，它不能像普通機床那樣加工時可以根據加工過程中出現的問題隨時地人為進行調整。例如，在數控機床上加工內螺紋時，它不知道孔中有無切屑堵住，是否需要退刀，待清除切屑后再進行加工。所以，在數控加工的工藝流程設計中必須考慮到加工過程的每個細節，尤其是對圖形進行數學處理、計算和編程時一定要力求準確無誤。否則可能會出現重大事故。

1.走刀路線 所謂走刀路線即按圖紙、工藝流程要求，確定加工路線，為保證零件的形位尺寸的精度，選擇適當的加工順序和裝夾方法。要注意遵循先粗后精、先近后遠、內外交叉等一般性原則，編程中應注意到工件毛坯的加工余量，避免事故發生。在數控車削加工中，一般情況下，Z軸坐標方向的加工進給是沿負方向進給的，但這種加工路線有的時候并不合理，甚至還可能造成加工零件的報廢。例如：當采用尖頭車刀加工大圓弧內表面時，若按一般的走刀路線沿Z向負方向進給，因為切削時尖頭車刀的主偏角為100°至105°，此時切削力在X向的切削分力將沿著X向的正方向作用，當刀尖運行到圓弧軌跡的象限點時，進給方向則由負Z向、正X向變換為負Z向、負X向，此時切削分力與原來相反，而與數控車床橫向拖板的傳動力相同，如果數控車床橫向拖板的傳動絲杠有傳動間隙，就會使車刀的刀尖嵌入到零件表面，產生嵌刀現象，行話俗稱為“扎刀”。而采用另一種進給路線，進給方向變換為沿正Z向、正X向進給，這時切削分力與數控車床橫向拖板的傳動力方向相反，從而可以避免嵌刀現象的產生。

2.進退刀點選擇時要注意，進刀不能撞工件、退刀應先離開工件。對于形狀特殊的工件在退刀時更要注意避免發生碰撞。若零件中部尺寸大于兩端時，在退刀時應先將X軸方向退至工件最大外形尺寸以外，然后再退Z軸方向，若兩軸同時退刀，刀尖軌跡為斜線，刀具在運動過程中容易與工件的突出部分碰撞，工件和刀具都會損壞，嚴重時還會破壞機床的精度。“G00”指令在進退刀時盡量避免“X、Z”同時移動使用，

如：G00 X80 Z100;

應改為：G00 X80;

Z100;

這樣分成兩句更為安全。

3.避免程序中的坐標值超越卡爪尺寸。假定工件的右端面中心為工件坐標系原點，工件原點距卡爪端面的距離為80mm。編程要注意到各程序段中Z方向負值的絕對值不得大于80mm，否則就會發生刀具與卡爪相碰的事故。例如加工程序中某一程序段的Z=-81mm，則刀具與卡爪之間有1mm的干涉量，勢必導致碰撞。

4.防止程序中G00的負值引起的碰撞。當需要刀具快速移動接近工件時，如果編程時Z的負值計算有誤，將導致刀具在快速移動中與工件碰撞，后果是極為嚴重的，因此G00的負值尺寸要反復核對以控制車刀與工件或卡盤發生碰撞的可能性。

5.G01”指令中F值過大可能會出現兩種情況，一是機床不動，伺服系統報警，二是刀具移動速度非常快（大于G00），出現撞車事故。產生原因是程序開始按轉進給（FANUC系統是G99，華中系統是G95），而下面程序中按分進給編制出現 “F100、F200”等情況，程序一旦執行將出現以上事故。

6.編程時換刀要注意給刀具足夠空間，尤其是鏜孔刀，要到機床上實際測量確定換刀點。如遇工件較長需頂尖支撐，更應特別注意。

二、工件的裝夾與夾具的選擇

在數控加工中，無論數控機床本身具有多高的精度，如果工件因裝夾不合理而產生變形或歪斜，就會降低零件加工精度。

解決方法：要正確裝夾工件，必須合理選用機床夾具，要注意的是在選用夾具時夾具上各零部件應不妨礙機床對工件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊機構元件不能影響加工時刀具的進給，否則會產生刀具與夾具的碰撞等情況。

三、誤操作

1.學生對鍵盤功能鍵具體含義不熟悉，操作不熟練，對機床功能參數誤修改，尤其是兩種系統的數控車床都學習后，對指令和功能的混淆易造成撞車等事故。

2.在輸入刀補值時，有時“＋”號輸成“－”號，“1.25”輸成“12.5”，經常會出現機床啟動后刀具直接沖向工件及卡盤，造成工件報廢，刀具損壞，機床卡盤撞毀等事故。

解決方法：學生在沒有完全弄懂機床功能前盡量不要修改機床功能參數，一定要弄清基本原理。應嚴格按照操作規程進行操作，輸入程序或刀補數值后經反復檢查方可操作。在學習過程中老師要將不同系統之間的共同點和不同點進行對比講解并加以強調，強化學生理性認識，引起學生重視。

四、機床控制系統自身原因

由于加工時進行各種操作，如輸入刀補、插入程序，執行后進行刪除等操作過多，有可能使隨機存儲器PMA芯片中執行程序混亂，系統執行時出現錯誤，X或Z向出現丟步，造成撞車。EPROM芯片、系統主板或驅動板中元件若有損壞，則造成執行程序出錯。

解決方法：要經常檢查機床系統，發現異常及時找專業人員解決。

五、機床機械故障

步進電機出現機械故障，或者由于步進電機的連接線在操作中被拉斷，步進電機與滾珠絲杠之間連接銷釘脫落，使電機與拖板之間移動不同步，或絲杠中有異物（如切屑等），造成機床兩軸中其中一個方向不動或移動緩慢，使機床出現撞車事故。

解決方法：操作時應做到觀其色，聽其聲，發現異常及時處理，機床導軌及絲杠使用完畢應及時清理干凈。

六、坐標系的區分

數控車床有三個坐標系即機械坐標系、編程坐標系和工件坐標系。機械坐標系的原點是生產廠家在制造機床時的固定坐標系原點，也稱機械零點。它是在機床裝配、調試時已經確定下來的，是機床加工的基準點。在使用中機械坐標系是由參考點來確定的，機床系統啟動后，進行返回參考點操作，機械坐標系就建立了。坐標系一經建立，只要不切斷電源，坐標系就不會變化。編程坐標系是編程序時使用的坐標系，一般情況下我們把X軸與工件軸線重合，Z軸放在工件端面上。工件坐標系是機床進行加工時使用的坐標系，它應該與編程坐標系一致。能否讓編程坐標系與工件坐標系一致，是操作的關鍵。初學者往往有一錯誤想法，數控車床操作沒有什么，會編程序，程序模擬后沒問題，基本機床機構弄明白，就可以上手操作。實際上沒有把機械坐標系（參考點）、編程坐標系、工件坐標系完全理解并分析明白，就上手操作是非常危險的。

結束語

綜合以上幾點，首先應使學生熟悉系統的各種操作，系統功能鍵應熟練掌握，達到能熟練操作，這樣在操作中，減少失誤，將誤操作的概率降至最低，特別是對剛開始使用系統的學生來說，應對照操作步驟，一步一步的進行，避免失誤。其次編程時，應根據工件特點進行，退刀和回零的順序是先退X向，還是先退Z向，應按工件的形狀及加工位置確定。最后操作者應注意機床的保養，在平時加工后，絲杠、導軌應擦拭干凈，避免切屑等雜物夾在滾珠絲杠和導軌內，造成加工出現誤差，損傷導軌，影響加工。

通過近兩年來的教學實踐，在數控車床實習教學過程中注意了以上一些在操作中容易出現的問題，結合以前教學過程中學生出現過的現象，以實例說明，著重強調，加以預防，降低了數控車床實習操作中的事故發生率，目前我校的數控車實習課已逐步將實習材料從早先的尼龍棒料改為鋼件來進行練習，難度和危險系數增大了，但撞車、打刀等事故發生率降低了，收到了較好的效果。

參考文獻：

［1］余英良.數控加工編程及操作［M］.北京：高等教育出版社，2004.