數控車床仿真系統中如何提高對刀效率

郭浩

摘 要：仿真，指的是通過對系統的模型實驗去研究一個已有的或正在設計中的系統的過程。而數控加工仿真則是借助計算機來模擬真實的數控機床加工過程，驗證數控加工程序的可靠性和預測切削過程的有效工具，其中包括毛坯的定義，夾具、刀具定義和選擇，零件基準測量，數控程序輸入、編輯和調試，對刀和操作面板的訓練，操作起來安全性高，不會因為學生的錯誤操作而造成人身傷害，更不會損壞機床，且不需要原材料，故投入資金少，不會造成資源的浪費。而在整個機床操作中，對刀是實現加工的基礎，如果在對刀過程中切削端面過大，就會引起后續操作中不必要的麻煩。本文以宇龍數控仿真系統中車刀的對刀過程為例，從對刀引起的常見加工故障進行分析，提出相對應的解決方法，就如何提高數控仿真加工效率進行闡述。

關鍵詞：數控車床;仿真;對刀效率

隨著計算機、傳感、檢測、自動控制及機械制造等技術的不斷發展，數控加工技術得到廣泛應用，社會對數控方面人才的需求也隨之不斷增加。所謂的數控加工技術就是是利用幾何信息描述刀具和工件間的相對運動以及工藝信息來描述機床加工必須具備的一些工藝參數，從而實現對機床的控制的。

數控編程與操作課程的教學分理論和實訓兩部分，在傳統的教學過程中，數控機床編程與操作的實訓教學只能在數控機床上進行，很難保證所有的學生能夠聽清、看清，教學效果往往不太理想。此外，數控編程與操作的教學投入大、消耗多、成本高。同時，數控機床還是一種集機、電、液、光于一體的新型自動化機床，它具備“高速、高效、高精度”的特點，如果剛開始接觸時就讓學生直接在數控機床上操作，可能會導致數控機床設備、刀具等損壞以及材料浪費等現象，甚至會因操作失誤引發人身傷害事故，增加教學成本。從教學上說，中職的生源大部分基礎比較薄弱，教師教學困難，傳統的教學方式已很難讓學生更快、更好的掌握所學內容，因此，引入數控編程仿真系統，利用先進的教學方法、教學手段來提高學生的學習興趣顯得尤為重要。

一、如何對刀

工件坐標系一般是將坐標原點 ?設置在工件的工藝基準上，在數控車床上以車床主軸縱向方向為Z軸，平行于橫向運動方向為X軸，車刀遠離工件的方向為正向，靠近工件的方向為負向建立的。編程原點一般設置在工件右端面與主軸回轉中心線交點處，由于工件在安裝到機床時會找正，使工件中心與機床主軸回轉中心線重合，故坐標原點實際即為工件右端面中心點。而數控加工前的對刀的過程就是建立工件坐標系的過程，最常用的一種對刀方法是試切法 ，下面以車刀為例具體講解其對刀過程，具體操作如下：

1、車削外徑：點擊機床面板上的模式選擇旋鈕使機床進入“JOG”模式即手動操作模式，將刀具移動到工件附近，點擊控制面板上的“Z軸負方向”按鈕，用所選的車削刀具來試切工件外圓，然后按“Z軸正方向”按鈕，X方向保持不動，將刀具原路退出。

2、測量切削位置的直徑：在手動方式下使主軸停止轉動，點擊菜單“測量/剖面圖測量”，跳出測量界面，點擊試切外圓時所切線段，選中的線段由紅色變為黃色。記下下面對話框中藍色顯示區域中對應的X值，如圖所示直徑值就是54.967。然后在“對刀”界面里，將數據輸入，系統通過計算確定X軸的坐標原點在工件的中心線即主軸的回轉中心線上。

3、切削端面：轉動主軸，將刀具移動位置，點擊控制面板上的“X軸負方向”按鈕，切削工件端面，然后按“X軸正方向”按鈕，Z方向保持不動，刀具原路退出。然后在對刀狀態下，在 Z軸狀態下輸入“0”，確定Z軸的坐標原點在現在已車削的端面上。

通過確定X、Z軸的坐標原點位置，就可以建立我們所需要的以工件右端面中心點為坐標原點的工件坐標系，建立好工件坐標系后就可以編寫數控程序加工工件了

二、因對刀引起的加工故障

學生在上機進行仿真練習時，往往因為對刀時沒注意到一些細節，而在后面的加工中經常出現兩種故障。其中若程序里包含端面加工，工件精加工刀具要移動到X0Z0這一點時，會有“刀具一次切削的深度太大”的錯誤提示。另一種是當程序中不包含端面加工時，加工過程中沒有錯誤提示，但最終加工出的工件會在端面處出現多余的一截。

造成上述兩種現象的原因是什么呢？其實很簡單，這都是是對刀時刀具車削削端面過多造成的。因為對刀時，車削端面造成了該工件比系統一開始設定的毛坯料短了一節，而跟換毛坯料加工同樣工件時，由于不需要重新對刀，用的又是原來設定的毛坯料，故出現了坐標原點不在端面上而是在工件內部的現象，從而導致了以上故障的出現。

三、解決方法

要解決這一故障，可從以下幾個方面著手：

1、利用手動或自動方式去除余量

在不改動對刀數據的前提下，可以利用MDA方式即手動數據輸入方式，將切削刀具移動到毛坯下方Z0處，手動切除跟對刀時車端面去除的同等長度的加工余量，或在編寫加工程序時，先利用45度外圓車刀，按每次去除0.3mm左右長度的方法編寫加工程序，通過自動方式逐步將工件多余部分去除。通過這兩種加工方法都使剩余工件跟對刀時剩余的工件等長，就不會出現以上所說的故障。但該方法必須對每次更換的工件都進行處理，比較麻煩，故在仿真操作中不提倡。

2、在仿真系統上，對對刀過程進行修改

手動操作模式下，利用所選刀具來試切工件外圓，將刀具停留在原處不動，再測量切削位置的直徑以及Z向切入的尺寸，我們人為的將工坐標系的原點建立在毛坯料的右端面中心點處，然后進入“對刀”界面，將光標移到相應界面里分別填入直徑值和Z向的負值，X向填入48.034，Z向填入-30.128，從而將坐標原點定在毛坯料的右端面中心點處，以后即使更換另外一個毛坯料，只要是相同尺寸就不會影響加工。

3、利用調整磨損方法修改對刀結果

當車削端面去掉工件長度L時，仍按普通方式對刀，只是在形狀補償參數設定界面的Z向補償項里輸入-L值即可，因為利用普通方法對刀后，工件坐標系原點定在已車端面，通過補償使坐標原點向Z軸正方向即向右移動L個單位，還是定在了毛坯料的端面上。

在教學過程中，通過以上幾種方式的修改，都可以將工件坐標系的原點始終定在毛坯料的右端面中心點處，避免了因為后來更換毛坯料引起的加工錯誤，提高了加工效率。

合理進行仿真教學，有利于調動學生學習的主動性、積極性，全面提高學生的實際操作能力，激發獨立思考和創新意識，培養學生自主學習和勇于實踐的能力，進而提高學生的職業素質。數控加工仿真軟件是一種新的現代教育理念和教學方法，正確發揮其在教學中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。我們職業學校的教師只有不斷的探索和嘗試新的教學方法和理念，才能培養出更多更好的數控技術人才。

參考文獻：

[1]仿真軟件：上海宇龍軟件工程有限公司，數控加工仿真系統使用手冊

[2]葉伯生、戴永清.《數控加工編程與操作》.華中科技大學出版社 2015年 第三版

[3]查正衛.《數控車床編程與操作教程》.安徽科學技術出版社，2013年 第一版

注釋：

1、工件原點：又稱工件原點或編程原點，是用來確定工件幾何形體上各要素的位置而設置的坐標系原點，它是由編程人員在編制程序時根據工件的特點選定的。工原編程點的確定的原則是簡化編程計算，故應盡量將編程原點設在零件圖的尺寸基準或工藝基準處。

2、試切法：是指操作工人在每個工步或走刀前進行對刀，然后切出一小段，測量其尺寸是否合適，如果不合適，將道具的位置調整一下，在試切一小段，直至達到尺寸要求后才加工者一尺寸的全部表面。