數控車實訓撞刀原因及避免方法分析

胡協忠

摘 要：在中等職業學校，數控車工實訓是學生專業技能形成的重要環節之一。在實訓中，學生常因撞刀導致機床、刀具損壞甚至人身傷害而產生畏懼心理，嚴重阻礙了學生學習積極性。本文試圖通過對學生在數控車工實訓中撞刀原因的總結分析，找出減少撞刀現象的方法與措施，從而減少撞刀的發生。這一方面可以大大加強學生的信心及積極性，提高數控車實訓的教學質量，另一方面可以延長設備的壽命，減少因機床、刀具的損壞或人身傷害造成的經濟損失。

關鍵詞：撞刀 應對方法 數控車工實訓 NC40-1 對刀 進給倍率

在中等職業學校數控車工實訓教學中，學生常因編程錯誤、操作不當或其他原因，發生刀具（或刀架）與工件、卡盤等發生碰撞，造成刀具、刀架、卡盤、主軸、進給機構等的損壞，嚴重時甚至危及操作者的人身安全，造成較大經濟損失。同時，撞刀也給初學者在實訓過程中帶來心理陰影，會讓學生在后續的實訓操作上變得縮手縮腳，嚴重影響數控實訓的教學質量。為此，筆者對學生在數控車實訓中發生的撞刀原因進行分析總結，提出相應的預防措施，以減少撞刀的發生率。

根據筆者分析，產生撞刀的原因主要有程序錯誤、操作錯誤、刀具與工件相對位置設定錯誤（即對刀錯誤）三個方面。雖然不同的機床與系統不同，但出現的問題卻大同小異。現以筆者使用的太原機床廠生產的NC40-1數控車床（FANUC-0i-Mate TC系統）為例，說明產生撞刀的常見原因與措施。NC40-1數控車床主軸采用手動+自動換擋有級變速，進給機構采用絕對編碼器，機床設定后機械坐標系一般不變，因此開機后可不回零。

一、編程錯誤

數控機床依靠程序進行加工，程序錯誤，必然會導致零件加工錯誤，嚴重時會導致撞刀發生。一般程序錯誤可通過圖形模擬發現。但圖形模擬只能檢查零件加工輪廓是否正確。有些錯誤不一定能檢查出來。以下是幾種常見錯誤形式及應對措施。

1.程序中未輸刀號

程序中無刀號，圖形模擬能正常進行，但加工時因無刀具補償校正位置，從而使刀具與工件相對位置錯誤，極易引進撞刀。

應對方法：程序輸入完成后，認真檢查程序第一或第二行及換刀處有無刀號并檢查與實際刀具是否對應。

2.未設換刀點，在工件處換刀

在數控加工中經常要用到幾把刀具加工，通過程序能實現自動換刀。換刀時刀架應遠離工件和尾座，以避免刀具在回轉過程中與工件、卡盤或尾座相碰。然而經常有同學在編程時因疏忽直接在工件處換刀，導致刀具與工件碰撞使刀具、工件損壞。

應對方法：編程時要求學生將刀移動到固定的位置換刀，如X100 Z100處。程序輸入完成后，要認真檢查換刀前有沒有退到固定換刀點。圖形模擬時認真觀察更換刀具時是否有退刀和進刀動作。

3.在數控實訓中常使用G71、G73進行循環粗車或使用G70進行精車

為使尺寸正確，一般都會多次執行G70精車。在G71、G73、G70前都有一個定位點。在使用G71粗車外輪廓時定位點小于最大直徑，退刀時刀具會前沖撞刀。如在G70精車前無定位點，在測量工件尺寸過程中刀具移位，當再次執行G70，結束退刀時刀具也會向前沖撞刀。

應對方法：程序輸入完成后，認真檢查G71前定位點是否大于最大直徑。檢查G70前是否有與G71前相同的定位程序行。圖形模擬時認真觀察是否有切入工件輪廓的刀具軌跡，如有則找出錯誤的程序行。

4.切槽或鏜孔時用G0在X、Z向同時退刀

FANUC-0i-Mate TC系統設定的G0運行軌跡一般是先按45°線在X、Z向同時退刀，再沿余下的X或Z向退刀。因此在切槽或鏜孔時用G0在X、Z向同時退刀及易撞刀。

應對方法：在切徑向槽時采用G1 X單向退刀，鏜孔則用Z向單獨退刀。

5.漏輸小數點

錯用G0作切削加工或切削加工時進給率F后的數字漏輸小數點，如G1Z10F0.2錯輸成G1Z10F02。

應對方法：程序輸入完成后，認真檢查程序接觸工件后是否還是G0，F后的數字是否正確。這類錯誤圖形模擬檢查不出但極易損壞刀具，需要對程序認真核查。

6.X方向尺寸輸錯

一般加工外輪廓X向逐漸增加，檢查確認X是否減小，確認是否正確。圖形模擬時要認真觀察是否有切入工件的軌跡。

二、操作錯誤

常見的錯誤操作有以下幾點

1.對刀時進給倍率太快，主軸未開啟

很多學生在對刀時不注意調整進給倍率，同時又疏于觀察，經常會使刀具以較快的速度撞到工件上，使刀具損壞，工件頂飛出卡盤。

應對方法：強調在移動刀架時，必須養成認真觀察刀具與工件位置的習慣，刀具靠近工件時須先啟動主軸，刀具離工件較遠時可用較大倍率（C或×100），接近工件時必須減小倍率到×10或×1。

2.在主軸、工件或尾座附近換刀

應對方法：強調手動換刀前觀察刀具位置的習慣，將刀遠離工件、主軸及尾座，確認無碰撞危險后換刀。

3.工件或刀具未夾緊

應對方法：強調加工前要確認工件是否夾緊、刀具是否完好、安裝是否正確并已夾緊。

4.從程序、對刀正確性方面排查原因

自動加工時刀具到第一個定位點時必須降低進給倍率，認真觀察定位是否正確，發現異常立即復位停機，從程序、對刀正確性方面排查原因。此條方法非常重要，絕大部分引起撞刀的錯誤通過這一步都可以避免。因此在實訓中應特別強調。

5.退出刀具后再停機，以避免刀具損壞

自動加工中途非緊急情況需要停機的，一般等切削完成或先切換到手動狀態，退出刀具后再停機，以避免刀具損壞。

三、對刀錯誤

對刀是確定工件與刀具相對位置的重要步驟之一，對刀錯誤，刀具與工件不能建立正確的相對位置，一會引起零件加工尺寸錯誤，二會引起撞刀。對刀錯誤有以下幾方面。

1.對刀時機或方法錯誤

大部分學生喜歡開機后立即對刀，再編程后鎖住機床進行圖形模擬，模擬正確進行自動加工，導致撞刀。因為在鎖住機床進行圖形模擬時，刀具不動，但坐標數據在動，模擬結束后已不是原對刀時的坐標。此時加工就易發生撞刀。正確方法是：

（1）先編程，再鎖住機床進行圖形模擬，模擬正確后再對刀。或先對刀、編程后不鎖住機床，用坐標系設置將Z向偏移一段距離（確保安全后）進行圖形模擬，完成后去掉Z向偏移。此過程中因未鎖住機床，工件與刀具相對位置正確，故可避免撞刀。當然，不能偏移太多，否則會與尾座相撞。

（2）對刀之前先回零，再對刀，而后鎖住機床進行圖形模擬，模擬結束后，在自動加工之前進行回零或回參考點操作。此時要注意，此操作在對刀前必須先回零，如未回零，則其后即使回零也無用，仍會導致坐標錯誤而撞刀。

2.對刀時尺寸測量錯誤

因學生測量時未認真看尺或不認尺，輸入錯誤的讀數。

應對方法：要求學生仔細測量。教師要逐個檢查并確保每個學生會識讀游標卡尺和千分尺。

3.數據輸入錯誤

數據輸入錯誤或數據輸入到了與程序不對應的存貯位置。

應對方法：要求學生數據輸入后養成核對習慣，并確認刀具補償寄存器號與程序所用刀具補償寄存器號是否一致。

四、小結

以上分析包括了大部分撞刀的原因。當然，學生在實際操作中出現的問題還遠遠不止這些。有時盡管強調了上述內容，學生仍會犯錯。這就要求教師能時刻提醒并注意培養學生認真細致的工作習慣。另外，在機床參數設置上作一些更改，也可進一步降低撞刀的風險，如降低G0的默認速度、設置軟限位等。

[作者單位：無錫工業高級技工學校

（無錫江南中等專業學校）]