数控车床产生碰撞的原因及防止办法

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数控车床价格昂贵，在实习教学中，如果由于学生编程、操作等原因，使机床发生碰撞，轻则碰坏工件，损坏刀具；重则使机床局部受损、精度降低、机床报废，甚致危及操作者的生命安全，其后果非常严重。本人经过多年来细心研究和实习教学的实践出发，现归纳如下：
2 H! |  k8 v8 M一、 编程零点错误
% w. z9 b3 @* U( f+ M　　从事数控车床编程的人都知道，编程零点是数控编程中决定工件尺寸
" R& m" q+ |/ V' _4 Z0 [7 g# R　　的依据，如果编程零点出现差错，那么数控车床发生碰撞的可能性非常大。如下图1所示的工件中：

　　其程序为：
　　N0000　G54　G92　Z70.0；
　　若把G54误写为G57或G58，根据数控车床编程的规定，来自同一组中的两个偏置尺寸（由G57或G58、G92规定），最后调用的偏置尺寸（由G92规定）有效。其程序变为：
　　N0000　G57　G92　Z70.0；
　　则上述结果将为：
　　               
, O* T- S0 k; A, L% e9 V4 X　　即零点偏置后仅离开卡爪3.8mm,在编程中，轴向尺寸只要小于3.8mm，一定会出现车刀与卡爪碰撞。
8 j8 G6 g4 a3 z( i+ p0 x$ [　　为此，一定要理解零点偏置指令的详细意义，正确使用好零点偏置指令，防止发生数控车床碰撞现象。
3 P8 Z4 m( S5 \* R5 J9 P二、 程序中有超越卡爪尺寸的数据
　　以上图1为例，编程零点至卡爪端面尺寸为50mm，如果轴向尺寸距右端面距离超过50mm，假如为51，则车刀与卡爪碰撞1mm。故程序编制结束后，不要急于去加工，要仔细检查所有轴向尺寸Z的数值是否超过50mm。
) e- t! q, y- j$ Y5 b6 D三、 机床空运转时，没有张开卡爪，使刀架远离卡盘及尾座
　　机床进行自动循环空运转时，若没有张开卡爪，使刀架远离卡盘及尾座，如出现运动干涉，极有可能发生碰撞卡爪或尾座的现象。如果张开卡爪，及时检查程序的坐标值，或对有刀具轨迹模拟功能的数控车床，把刀架移至尾座与卡盘之间，在保证刀架转位安全的前提下，锁死机床，再进行自动空运行，也可以大致判断车刀是否与机床及工件碰撞，确定无问题后，方可进行试切削加工。
# `. @3 I! p) {; u. C$ y9 u9 S四、 编程不当，产生碰撞
+ v' A) k3 R: I; Q9 I6 u& ?# g% i　　因工件特殊形状，要求编程时的进、退刀必须为单坐标方式，如下图3所示工件中：
: \, d2 R5 i$ x# Y　　     
' \# o/ s* d# F　　镗刀加工孔时，若直接用G00指令移动刀具至目标点，编程如下：
　　N0050　G00　X19.0　Z－25.0；
' }' o" C" K4 K1 J5 q　　这样，势必会如实线所示那样与工件发生碰撞；
　　若单坐标分步移动至目标点，这样编程：
　　N0050　G00　Z2.0；
　　N0055　　　　X19.0；
1 T  a+ d% @( I) S2 r  C　　N0060　　　　Z－25.0；
　　如虚线所示，就有效地避免了碰撞。
　　再比如图4所示工件中，当完成切槽的车削时，需要快速退回至Ф100mm及离工件右端面100mm处，如这样编程：
: o# g1 c4 p, S2 j8 }　　N0080　G00　X100.0　Z100.0；
- m7 l3 H% C+ q, I6 L7 K
$ s& {- u% T" h  g! C; z　　则切槽刀会因走斜线而与零件台阶碰撞，即使在大多数数控系统中，执行G00指令后，刀具走的实际轨迹是折线，又由于G00是快速点定位，车刀以机床最快的速度移至目标点，车刀的实际轨迹为图5所示虚线部分，即是条折线，也是要与工件发生碰撞的。
　　其正确的编程方法如下：
　　N0080　G00　X100.0;
' R# t6 T6 s; e8 T7 d% D( U, M/ `　　N0085 Z100.0;
3 V) C& S  |9 a( j2 u' }+ E　　刀具的运动轨迹如下图所示：

　　即先将切槽刀径向退出工件，然后再轴向移动至端面100mm处，即可有效避免碰撞。
5 f& ^7 G0 z  _- G9 _* a1 Y1 u五、编程数据错误或不符合要求，而引发的碰撞
) g- @* E2 @$ v　　有些数控车床为小数点编程，或已设置为小数点编程，在下图6所示情况下：
% f: N! R# t- L% k
9 c$ p& ^4 Z) L5 H. Z　　其程序为：
3 R) X+ r- M1 L3 d0 G5 z　　N0100　G00　X62.0 Z-35.0;
　　即使刀具走折线，也不会与工件碰撞。但由于粗心或其他原因，把程序误写成如下程序：
　　N0100　G00　X62　Z－35.0；
　　或
　　N0100　G00　X62　　Z－35；
　　数控系统会把坐标字后的62及－35除以1000来处理，即成为：
) Y8 g8 T0 I, O# p* `+ l/ l7 Z$ }# Q　　N 0100　G00　X0.062 Z-35.0;
　　或
　　N0100　G00　X0.062　Z－0.035;
　　很显然，切槽刀要与工件外圆或右端面相碰撞。
5 v8 D( J5 ?" v; o　　为了避免这种碰撞，最好的办法就是多仿真、多检查，小心、细仔，及时找出明显有错或不符合要求的数据，并及时修正。
六、不熟悉编程指令的用法，导致车刀与工件碰撞
　　在FANUC　0I系统中，G71（G73）与G70粗、精车工件轮廓的多重复合固定循环，尤其是G73指令与G70组合时，如图7所示：

　　由于循环结束时，回程点的起始点选择地不合适（见A点所示，偏低），从而造成在刀具回程时与工件相碰撞的现象发生。为了防止这种情况发生，只要使回程点的起始点适当抬高至B点即可。
七、换刀点指定的不合适，发生碰撞
* ~) e; g4 W/ f9 d6 V　　换刀点选得离工件太近或离尾座太近或离机床的其他部位太近，刀架在转位时就容易发生碰撞工件或机床。要避免这种情况发生，就得遵循换刀点的选用原则，即换刀点必须在工件与尾座之间，尽量靠近工件，且刀架在转位时不得碰着工件、尾座及机床的任何部位。
6 }& a5 |* d; V1 s八、回参考点方式选择错误，造成碰撞
　　有的学生在回参考点时，选择工作方式时，不看操作面板，把操作方式开关选在手动（JOG）方式，而不是回参考点（REF）方式，又不看显示器屏幕，不是造成超程报警，若再回参考时，坐标轴的先后顺序不正确，极易造成碰撞尾座现象发生。为避免这种情况发生，只要学生认真、仔细、不马虎，按规定操作机床即可。
% M' G0 u+ f! ?九、未回参考点造成碰撞发生
$ X! r, Y* r, {$ r　　数控车床的编码器有相对编码器与绝对编码器两种，对加装相对编码器的数控车床当机床上电或断电后重新带电或故障排除复位后会失去对参考点的记忆，此时，若不进行回参考点的操作，就进行对刀或自动加工，势必造成数据读写错误，进而引发车刀与工件或机床碰撞。
　　为避免这种情况的碰撞发生，只要按规定先回参考点，再进行相关操作即可。
& {: \4 n* x# t" O4 n8 {　　总之，数控车床发生碰撞的原因很多，除此之外还有其他情况，这里就不再一一赘述了。为了有效地避免碰撞发生，在编程与操作时，要求学生熟悉数控加工工艺，理解指令，熟知机床操作规定，严密编程，仔细检查，并按规定安全操作机床，切不可冒然行事。
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文章关键词： 数控车床