改進換刀點設置提高數控車床的加工效率的研究

【摘 要】隨著我國社會和經濟的發展，機械制造業的發展也不斷加快。數控車床是機械制造行業生產和制造中的重要環節，提高數控車床在實際生產中的加工效率有助于提高生產數量和質量，降低生產成本以及提高企業競爭力的關鍵。數控車床在進行批量加工時需要采取換刀的方式，而如何改進換刀點的設置是達到減少換刀輔助時間，降低加工成本和機器損耗，以及提高加工效率目的的關鍵。本文就數控車床批量加工實例中如何改進換刀點設置，以減少加工成本，提高加工效率進行了研究。

【關鍵詞】數控車床 換刀點 加工效率

1前言

在機械制造行業中，尤其是批量生產以及大批量生產中，運用數控車床進行大規模的生產、制作和加工，不僅要求產品的質量要達到規定的標準，還要求提高加工效率，并且在加工過程中保證產品的良好性能，這也是提高企業經濟效益和競爭力的關鍵要素之一[1]。因此，要精細合理的設置刀具的排列順序、使用順序，安排走刀的路線，選擇合適的夾具。在加工的過程中，要選擇簡單、便捷的方法來更換刀具，盡可能的減少換刀所消耗的時間，減小對機床的摩擦損耗，減少加工制造的成本，故而改進換刀點設置是提高數控車床加工效率的基礎。本文以N.E.F.CT40型數控車床（德國GILDEMEISTER公司生產）為實例研究對象，探究換刀點設置的改進方案，以求進一步降低運行成本，提高加工效率。該型號數控車床為后置刀盤，刀盤有12個刀位，不同的換刀點有特定的安放方法。

2換刀點的安放方法

數控車床換刀點的安方主要包括兩種方法，分別是固定式換刀和跟隨式換刀。

2.1固定式換刀

固定式換刀從字面理解就是換刀點是固定的，不會隨著工件坐標系位置的變動而改變，通常該換刀點會設在安全性最高的位置，該位置在換刀時刀盤及刀架上的任何刀具都不會同工件發生碰撞。刀盤上的刀具全部處于第一象限，而工件處于第三象限，即軸向上長度最長的刀具決定換刀點的軸向位置，而徑向最長的刀具則決定換刀點的徑向位置。雖然這種換刀點位置在換刀時刀盤及刀架上的任何刀具都不會同工件發生碰撞，而且調試簡便，適用于單件或者小批量生產，但是這樣會加大刀具和需加工零件表面的加工距離，加重對車床的磨損，降低加工效率，尤其是應用在大批量生產中往往弊大于利，不建議采用[2]。

2.2跟隨式換刀

跟隨式換刀采用GO快速定位指令而不用機床數控系統提供的回換刀指令，從而能夠有效的將換刀路線縮短。跟隨式換刀要求到盤上所有刀具都要按照加工工件的順序進行排列放置，在換刀時首先要仔細計算和確定好每一把刀具的換刀位置，以確保刀具不會同工件發生碰撞，而不用考慮換刀時刀盤及刀架上的全部刀具是否會和工件碰撞。通常是在情況下加工大批量工件，加工過程中要用到的刀具數量較多、類型較多、以及軸向和徑向尺寸差值較大的情況下采用跟隨式換刀。此外，跟隨式換刀可以實現一次裝夾加工多個工件[3]。

跟隨式換刀是從第一把刀具開始調試的，主要調試方法包括兩種。其中一種方法是直接在車床上進行調試，雖然很直觀但是會延長輔助時間，第一把外圓刀的安裝位置不與第二把外圓刀的位置重合，橫向和軸向的坐標原點以第一把刀的刀尖為準，第二把刀在此基礎上改變△X、△Z（其它刀與基準刀在X軸即橫向和Z軸即軸向上的差值）。如此便能使所有刀具可以再最近的地方實現換刀，以大大減少換刀是刀具空走刀的路程，進一步提高加工效率。另一種方法是采用機外對刀儀對刀，對刀儀將測量得到的數據按一定的方法進行直接計算，然后寫入相應的程序，從而直接得到程序中所有使用刀具的刀尖位置差。但是必須保證計算準確沒有誤差，否則會導致換刀時發生刀具和工件的摩擦和碰撞，對刀具和工件造成損壞，甚至損壞數控車床。

跟隨式換刀在換刀時要參考換刀點位置和刀具的準確參數，尤其是在工件的加工過程中，一旦刀具的安裝位置出現變化就必須據此重新設置程序中的相關換刀點。例如，在數控車削的實際生產過程中，一般要采取排刀法，這是一個鐘加工效率較高的安排走刀路線的方法，需要參考工件的大小尺寸和幾何形狀，在刀具排列方式換刀的過程中并不需要轉動刀盤或刀塔，從而有效的提高了加工的效率。例如，此次實例中需加工工件的材料為鋁，毛坯為管材，加工中所用到的道具主要有外圓精車刀、內圓精車刀、外圓粗車刀、內圓粗車刀、螺紋車刀以及切槽刀等，按照一定的順序排列放置于刀架上。其中內圓粗車刀和外圓粗車刀背靠背并列在一起，兩刀刀尖之間的距離應不超過管材毛坯的內徑，以求在工件加工過程中防止主軸反轉，使主軸始終保持朝一個方向轉動，內圓粗車刀和外圓精車刀刀尖之間的距離要大于管材毛坯內外徑的差。加工過程中在進行排刀時要根據程序和刀具位置，可以采用編程的方法為每一把刀設置坐標系，采取坐標指令，也可以將所有刀具設置在同一個坐標系，由程序坐標系補償刀具間位置的差值，但是在使用這種排刀法跟換刀具時如果刀具出現磨損，更換時要以刀具刀尖的實際位置為標準，重新調整換刀程序。

3結語

數控車床是機械制造領域中的重要部分，在實際操作過程中直接決定著制作和加工的效率，而刀具的先進性、換刀點位置的選取、編程質量、供氣質量以及對車床管理的科學性都是影響數控機床加工有效率的關鍵因素，其中換刀點設置的改進又是重中之重，換刀點設置的合理性不僅能減少對車床的損害，降低加工成本，而且能夠有效的提高加工效率。

參考文獻：

[1]郭鑫.臥式加工中心數控系統設計及實現.控制工程.哈爾濱工程大學.2012（學位年度）.

[2]陳威.基于閉鏈剛度場模型的多軸數控加工刀具軌跡規劃.機械電子工程.華中科技大學，2011（學位年度）.

[3]王曉慧.基于FTS的微結構表面超精密車削控制系統及實驗研究.機械制造及其自動化.哈爾濱工業大學，2011（學位年度）.

作者簡介：方開林（1982—），男，云南曲靖人，現工作單位為云南工業技師學院，現有職稱一級實習指導教師，研究方向：數控加工技術方面。