论文部分内容阅读
摘 要：中专生在数控车床实习中，因为是新手，存在许多安全隐患。轻则损坏刀具，损毁工件；重则损伤车床，甚至伤及操作人员人身安全，须加以避免。
关键词： 数控车床；实习操作；事故；预防
前言
数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合计算机应用、自动控制、自动加工、自动检测等高新技术的产物。由于数控机床在制造行业的普及，社会上懂得数控加工技术、能进行数控加工编程以及数控机床维修的技术人才的缺口越来越大。数控车床是目前使用最广泛的数控机床。我校作为国家级重点职业学校，又坐落于福建闽东电机电器城——福安，为满足本地区本市的经济发展需求，为市里的一千多家机电和电子企业提供更多更好的技术人才，重点设置了数控专业，配置了多台广数928系统的数控车床作为教学车床。在刚刚接触数控车床加工时的初学者，经常会出现一些突发状况，这些突发异常状况出现时，轻者损坏刀具，工件报废，重者损伤机床的卡盘及刀架，严重影响机床精度，甚至伤及操作人员人身安全。以下对学生在实习操作中的问题加以分析其产生原因和预防、解决方法，以供大家参考。
一、编程
数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不能像普通机床那样加工时可以根据加工过程中出现的问题随时地人为进行调整。例如，在数控机床上加工内螺纹时，它不知道孔中有无切屑堵住，是否需要退刀，待清除切屑后再进行加工。所以，在数控加工的工艺流程设计中必须考虑到加工过程的每个细节，尤其是对图形进行数学处理、计算和编程时一定要力求准确无误。否则可能会出现重大事故。
1.走刀路线 所谓走刀路线即按图纸、工艺流程要求，确定加工路线，为保证零件的形位尺寸的精度，选择适当的加工顺序和装夹方法。要注意遵循先粗后精、先近后远、内外交叉等一般性原则，编程中应注意到工件毛坯的加工余量，避免事故发生。在数控车削加工中，一般情况下，Z轴坐标方向的加工进给是沿负方向进给的，但这种加工路线有的时候并不合理，甚至还可能造成加工零件的报废。例如：当采用尖头车刀加工大圆弧内表面时，若按一般的走刀路线沿Z向负方向进给，因为切削时尖头车刀的主偏角为100°至105°，此时切削力在X向的切削分力将沿着X向的正方向作用，当刀尖运行到圆弧轨迹的象限点时，进给方向则由负Z向、正X向变换为负Z向、负X向，此时切削分力与原来相反，而与数控车床横向拖板的传动力相同，如果数控车床横向拖板的传动丝杠有传动间隙，就会使车刀的刀尖嵌入到零件表面，产生嵌刀现象，行话俗称为“扎刀”。而采用另一种进给路线，进给方向变换为沿正Z向、正X向进给，这时切削分力与数控车床横向拖板的传动力方向相反，从而可以避免嵌刀现象的产生。
2.进退刀点选择时要注意，进刀不能撞工件、退刀应先离开工件。对于形状特殊的工件在退刀时更要注意避免发生碰撞。若零件中部尺寸大于两端时，在退刀时应先将X轴方向退至工件最大外形尺寸以外，然后再退Z轴方向，若两轴同时退刀，刀尖轨迹为斜线，刀具在运动过程中容易与工件的突出部分碰撞，工件和刀具都会损坏，严重时还会破坏机床的精度。“G00”指令在进退刀时尽量避免“X、Z”同时移动使用，
如：G00 X80 Z100;
应改为：G00 X80;
Z100;
这样分成两句更为安全。
3.避免程序中的坐标值超越卡爪尺寸。假定工件的右端面中心为工件坐标系原点，工件原点距卡爪端面的距离为80mm。编程要注意到各程序段中Z方向负值的绝对值不得大于80mm，否则就会发生刀具与卡爪相碰的事故。例如加工程序中某一程序段的Z=-81mm，则刀具与卡爪之间有1mm的干涉量，势必导致碰撞。
4.防止程序中G00的负值引起的碰撞。当需要刀具快速移动接近工件时，如果编程时Z的负值计算有误，将导致刀具在快速移动中与工件碰撞，后果是极为严重的，因此G00的负值尺寸要反复核对以控制车刀与工件或卡盘发生碰撞的可能性。
5.G01”指令中F值过大可能会出现两种情况，一是机床不动，伺服系统报警，二是刀具移动速度非常快（大于G00）,出现撞车事故。产生原因是程序开始按转进给（FANUC系统是G99,华中系统是G95），而下面程序中按分进给编制出现 “F100、F200”等情况,程序一旦执行将出现以上事故。
6.编程时换刀要注意给刀具足够空间，尤其是镗孔刀，要到机床上实际测量确定换刀点。如遇工件较长需顶尖支撑，更应特别注意。
二、工件的装夹与夹具的选择
在数控加工中，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会降低零件加工精度。
解决方法：要正确装夹工件，必须合理选用机床夹具，要注意的是在选用夹具时夹具上各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工时刀具的进给，否则会产生刀具与夹具的碰撞等情况。
三、误操作
1.学生对键盘功能键具体含义不熟悉，操作不熟练，对机床功能参数误修改,尤其是两种系统的数控车床都学习后，对指令和功能的混淆易造成撞车等事故。
2.在输入刀补值时，有时“＋”号输成“－”号，“1.25”输成“12.5”，经常会出现机床启动后刀具直接冲向工件及卡盘，造成工件报废，刀具损坏，机床卡盘撞毁等事故。
解决方法：学生在没有完全弄懂机床功能前尽量不要修改机床功能参数，一定要弄清基本原理。应严格按照操作规程进行操作，输入程序或刀补数值后经反复检查方可操作。在学习过程中老师要将不同系统之间的共同点和不同点进行对比讲解并加以强调，强化学生理性认识，引起学生重视。
四、机床控制系统自身原因
由于加工时进行各种操作，如输入刀补、插入程序，执行后进行删除等操作过多，有可能使随机存储器PMA芯片中执行程序混乱，系统执行时出现错误，X或Z向出现丢步，造成撞车。EPROM芯片、系统主板或驱动板中元件若有损坏，则造成执行程序出错。 解决方法：要经常检查机床系统，发现异常及时找专业人员解决。
五、机床机械故障
步进电机出现机械故障，或者由于步进电机的连接线在操作中被拉断，步进电机与滚珠丝杠之间连接销钉脱落，使电机与拖板之间移动不同步，或丝杠中有异物（如切屑等），造成机床两轴中其中一个方向不动或移动缓慢，使机床出现撞车事故。
解决方法：操作时应做到观其色，听其声，发现异常及时处理，机床导轨及丝杠使用完毕应及时清理干净。
六、坐标系的区分
数控车床有三个坐标系即机械坐标系、编程坐标系和工件坐标系。机械坐标系的原点是生产厂家在制造机床时的固定坐标系原点，也称机械零点。它是在机床装配、调试时已经确定下来的，是机床加工的基准点。在使用中机械坐标系是由参考点来确定的，机床系统启动后，进行返回参考点操作，机械坐标系就建立了。坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。编程坐标系是编程序时使用的坐标系，一般情况下我们把X轴与工件轴线重合，Z轴放在工件端面上。工件坐标系是机床进行加工时使用的坐标系，它应该与编程坐标系一致。能否让编程坐标系与工件坐标系一致，是操作的关键。初学者往往有一错误想法，数控车床操作没有什么，会编程序，程序模拟后没问题，基本机床机构弄明白，就可以上手操作。实际上没有把机械坐标系（参考点）、编程坐标系、工件坐标系完全理解并分析明白，就上手操作是非常危险的。
结束语
综合以上几点，首先应使学生熟悉系统的各种操作，系统功能键应熟练掌握，达到能熟练操作，这样在操作中，减少失误，将误操作的概率降至最低，特别是对刚开始使用系统的学生来说，应对照操作步骤，一步一步的进行，避免失误。其次编程时，应根据工件特点进行，退刀和回零的顺序是先退X向，还是先退Z向，应按工件的形状及加工位置确定。最后操作者应注意机床的保养，在平时加工后，丝杠、导轨应擦拭干净，避免切屑等杂物夹在滚珠丝杠和导轨内，造成加工出现误差，损伤导轨，影响加工。
通过近两年来的教学实践，在数控车床实习教学过程中注意了以上一些在操作中容易出现的问题，结合以前教学过程中学生出现过的现象，以实例说明，着重强调，加以预防，降低了数控车床实习操作中的事故发生率，目前我校的数控车实习课已逐步将实习材料从早先的尼龙棒料改为钢件来进行练习，难度和危险系数增大了，但撞车、打刀等事故发生率降低了，收到了较好的效果。
参考文献：
［1］余英良.数控加工编程及操作［M］.北京：高等教育出版社,2004.
关键词： 数控车床；实习操作；事故；预防
前言
数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合计算机应用、自动控制、自动加工、自动检测等高新技术的产物。由于数控机床在制造行业的普及，社会上懂得数控加工技术、能进行数控加工编程以及数控机床维修的技术人才的缺口越来越大。数控车床是目前使用最广泛的数控机床。我校作为国家级重点职业学校，又坐落于福建闽东电机电器城——福安，为满足本地区本市的经济发展需求，为市里的一千多家机电和电子企业提供更多更好的技术人才，重点设置了数控专业，配置了多台广数928系统的数控车床作为教学车床。在刚刚接触数控车床加工时的初学者，经常会出现一些突发状况，这些突发异常状况出现时，轻者损坏刀具，工件报废，重者损伤机床的卡盘及刀架，严重影响机床精度，甚至伤及操作人员人身安全。以下对学生在实习操作中的问题加以分析其产生原因和预防、解决方法，以供大家参考。
一、编程
数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不能像普通机床那样加工时可以根据加工过程中出现的问题随时地人为进行调整。例如，在数控机床上加工内螺纹时，它不知道孔中有无切屑堵住，是否需要退刀，待清除切屑后再进行加工。所以，在数控加工的工艺流程设计中必须考虑到加工过程的每个细节，尤其是对图形进行数学处理、计算和编程时一定要力求准确无误。否则可能会出现重大事故。
1.走刀路线 所谓走刀路线即按图纸、工艺流程要求，确定加工路线，为保证零件的形位尺寸的精度，选择适当的加工顺序和装夹方法。要注意遵循先粗后精、先近后远、内外交叉等一般性原则，编程中应注意到工件毛坯的加工余量，避免事故发生。在数控车削加工中，一般情况下，Z轴坐标方向的加工进给是沿负方向进给的，但这种加工路线有的时候并不合理，甚至还可能造成加工零件的报废。例如：当采用尖头车刀加工大圆弧内表面时，若按一般的走刀路线沿Z向负方向进给，因为切削时尖头车刀的主偏角为100°至105°，此时切削力在X向的切削分力将沿着X向的正方向作用，当刀尖运行到圆弧轨迹的象限点时，进给方向则由负Z向、正X向变换为负Z向、负X向，此时切削分力与原来相反，而与数控车床横向拖板的传动力相同，如果数控车床横向拖板的传动丝杠有传动间隙，就会使车刀的刀尖嵌入到零件表面，产生嵌刀现象，行话俗称为“扎刀”。而采用另一种进给路线，进给方向变换为沿正Z向、正X向进给，这时切削分力与数控车床横向拖板的传动力方向相反，从而可以避免嵌刀现象的产生。
2.进退刀点选择时要注意，进刀不能撞工件、退刀应先离开工件。对于形状特殊的工件在退刀时更要注意避免发生碰撞。若零件中部尺寸大于两端时，在退刀时应先将X轴方向退至工件最大外形尺寸以外，然后再退Z轴方向，若两轴同时退刀，刀尖轨迹为斜线，刀具在运动过程中容易与工件的突出部分碰撞，工件和刀具都会损坏，严重时还会破坏机床的精度。“G00”指令在进退刀时尽量避免“X、Z”同时移动使用，
如：G00 X80 Z100;
应改为：G00 X80;
Z100;
这样分成两句更为安全。
3.避免程序中的坐标值超越卡爪尺寸。假定工件的右端面中心为工件坐标系原点，工件原点距卡爪端面的距离为80mm。编程要注意到各程序段中Z方向负值的绝对值不得大于80mm，否则就会发生刀具与卡爪相碰的事故。例如加工程序中某一程序段的Z=-81mm，则刀具与卡爪之间有1mm的干涉量，势必导致碰撞。
4.防止程序中G00的负值引起的碰撞。当需要刀具快速移动接近工件时，如果编程时Z的负值计算有误，将导致刀具在快速移动中与工件碰撞，后果是极为严重的，因此G00的负值尺寸要反复核对以控制车刀与工件或卡盘发生碰撞的可能性。
5.G01”指令中F值过大可能会出现两种情况，一是机床不动，伺服系统报警，二是刀具移动速度非常快（大于G00）,出现撞车事故。产生原因是程序开始按转进给（FANUC系统是G99,华中系统是G95），而下面程序中按分进给编制出现 “F100、F200”等情况,程序一旦执行将出现以上事故。
6.编程时换刀要注意给刀具足够空间，尤其是镗孔刀，要到机床上实际测量确定换刀点。如遇工件较长需顶尖支撑，更应特别注意。
二、工件的装夹与夹具的选择
在数控加工中，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会降低零件加工精度。
解决方法：要正确装夹工件，必须合理选用机床夹具，要注意的是在选用夹具时夹具上各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工时刀具的进给，否则会产生刀具与夹具的碰撞等情况。
三、误操作
1.学生对键盘功能键具体含义不熟悉，操作不熟练，对机床功能参数误修改,尤其是两种系统的数控车床都学习后，对指令和功能的混淆易造成撞车等事故。
2.在输入刀补值时，有时“＋”号输成“－”号，“1.25”输成“12.5”，经常会出现机床启动后刀具直接冲向工件及卡盘，造成工件报废，刀具损坏，机床卡盘撞毁等事故。
解决方法：学生在没有完全弄懂机床功能前尽量不要修改机床功能参数，一定要弄清基本原理。应严格按照操作规程进行操作，输入程序或刀补数值后经反复检查方可操作。在学习过程中老师要将不同系统之间的共同点和不同点进行对比讲解并加以强调，强化学生理性认识，引起学生重视。
四、机床控制系统自身原因
由于加工时进行各种操作，如输入刀补、插入程序，执行后进行删除等操作过多，有可能使随机存储器PMA芯片中执行程序混乱，系统执行时出现错误，X或Z向出现丢步，造成撞车。EPROM芯片、系统主板或驱动板中元件若有损坏，则造成执行程序出错。 解决方法：要经常检查机床系统，发现异常及时找专业人员解决。
五、机床机械故障
步进电机出现机械故障，或者由于步进电机的连接线在操作中被拉断，步进电机与滚珠丝杠之间连接销钉脱落，使电机与拖板之间移动不同步，或丝杠中有异物（如切屑等），造成机床两轴中其中一个方向不动或移动缓慢，使机床出现撞车事故。
解决方法：操作时应做到观其色，听其声，发现异常及时处理，机床导轨及丝杠使用完毕应及时清理干净。
六、坐标系的区分
数控车床有三个坐标系即机械坐标系、编程坐标系和工件坐标系。机械坐标系的原点是生产厂家在制造机床时的固定坐标系原点，也称机械零点。它是在机床装配、调试时已经确定下来的，是机床加工的基准点。在使用中机械坐标系是由参考点来确定的，机床系统启动后，进行返回参考点操作，机械坐标系就建立了。坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。编程坐标系是编程序时使用的坐标系，一般情况下我们把X轴与工件轴线重合，Z轴放在工件端面上。工件坐标系是机床进行加工时使用的坐标系，它应该与编程坐标系一致。能否让编程坐标系与工件坐标系一致，是操作的关键。初学者往往有一错误想法，数控车床操作没有什么，会编程序，程序模拟后没问题，基本机床机构弄明白，就可以上手操作。实际上没有把机械坐标系（参考点）、编程坐标系、工件坐标系完全理解并分析明白，就上手操作是非常危险的。
结束语
综合以上几点，首先应使学生熟悉系统的各种操作，系统功能键应熟练掌握，达到能熟练操作，这样在操作中，减少失误，将误操作的概率降至最低，特别是对刚开始使用系统的学生来说，应对照操作步骤，一步一步的进行，避免失误。其次编程时，应根据工件特点进行，退刀和回零的顺序是先退X向，还是先退Z向，应按工件的形状及加工位置确定。最后操作者应注意机床的保养，在平时加工后，丝杠、导轨应擦拭干净，避免切屑等杂物夹在滚珠丝杠和导轨内，造成加工出现误差，损伤导轨，影响加工。
通过近两年来的教学实践，在数控车床实习教学过程中注意了以上一些在操作中容易出现的问题，结合以前教学过程中学生出现过的现象，以实例说明，着重强调，加以预防，降低了数控车床实习操作中的事故发生率，目前我校的数控车实习课已逐步将实习材料从早先的尼龙棒料改为钢件来进行练习，难度和危险系数增大了，但撞车、打刀等事故发生率降低了，收到了较好的效果。
参考文献：
［1］余英良.数控加工编程及操作［M］.北京：高等教育出版社,2004.