浅谈数控机床加工过程中的“撞车”问题

薛君英

（宝鸡机床集团有限公司，陕西宝鸡721013）

随着装备制造业的不断发展和完善，高速、高效、高精度数控机床的市场需求不断加大。然而在实际应用当中，由于各种原因，导致加工过程中还存在很多问题，以至于加工尺寸不准确，甚至出现撞车等严重影响产品品质的问题，造成不必要的经济损失。

本文列举了数种常见的引起数控机床撞车的原因，并对其进行分析，以具体数控系统为例，提出对应的预防措施。

1 机床坐标原点的设定

机床坐标原点，是机床进行加工运动的基准参考点。正确的机床原点，是机床可靠加工的前提。数控机床的驱动轴所配交流伺服电机，有相对位置和绝对位置编码器两种。以下分别说明这两种配置下，机床参考点对加工过程的重要性及注意事项。

（1）相对位置编码器。当数控机床的交流伺服电机为相对位置编码器时，一般使用减速挡块、行程开关和伺服电机一转信号，来完成机床的回原点操作，应注意要在确认超程限位开关有效后，才可执行机床回原点操作。

加工操作前，机床如果没有执行回机床原点，或者是回机床原点位置不正确，将会导致机床坐标偏移，程序运行时，就很容易发生加工尺寸不准确或造成撞车。

如果回机床原点减速挡块的安装位置不对，或者没有足够的减速距离，都可能导致每次回机床原点的位置不对。机床回原点速度越快，挡块就要越长，否则会因CNC加减速、机床惯性等原因，使拖板冲过挡块后，速度没有降下来，这将会直接影响机床回原点的准确度。

通常把机床回原点减速挡块安装在接近该轴的最大行程处，回原点挡块有效行程在25 mm以上，以保证足够的减速距离，确保回原点速度能够降下来，以保证机床准确回原点。

（2）绝对位置编码器。采用绝对编码器的伺服电机系统断电时，伺服电机或伺服驱动配有电池，可以保持记忆机床位置，因此机床断电再上电后，不必进行回机床原点操作，使用较方便。

但需要注意的是，当绝对编码器配的电池电量低时，应及时正确地更换电池，以避免机床位置丢失。如FANUC β系列伺服电机，更换电池需要在机床带电状态下进行，否则机床坐标将会丢失。坐标位置丢失后，必须重新建立机械位置和绝对编码器的对应关系。重新建立坐标之后，使用机床时，必须检查所调用程序的编程坐标及各类补偿数据是否正确。一般机床出厂时，机床制造商已经建立参考点位置。

2 工件坐标系的设定

用于工件加工的坐标系，叫做工件坐标系。一般可通过用G50、G54到G59指令或者通过回机床参考点等方式，来设定工件坐标系，一般FANUC、KND等数控系统通电时，默认选择G54坐标系。在执行加工程序时，工件坐标系（G54-G59）的零点设定不正确，或是程序中调用的坐标系不正确，都会引起加工过程中撞车，或导致加工工件尺寸不准确。对圆弧插补、螺旋插补、固定循环等加工，如果指定的平面不正确，也会导致机床有预想不到的运行结果。

因此，在执行程序之前，必须认真确认工件坐标系，如果不考虑工件坐标系的位移和加工平面的正确选择，而直接执行加工程序，则会导致机床出现预想不到的运转结果。应注意工件坐标系一旦建立，便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。

3 加工程序本身存在问题

（1）因为系统部分G代码为模态（模态，即在同组其他G代码指令前一直有效），如果程序的前一个加工程序，或者程序段中指定的G代码，在程序段结束时没有取消，此G代码在下一个程序或段落中将继续有效，这样可能致使机床误动作甚至导致撞车。

（2）如果机床暂停加工，之后对加工过程中的程序进行修改、插入或是删除，然后继续执行该程序，就会导致机床出现预想不到的运转。

总之，对正在使用的加工程序进行修改、插入或删除是十分危险的，原则上不要擅自为之。

（3）编程序时还应该注意，刀具（刀架）不可与设备、工件、夹具、附具等干涉，例如立式车床制造商一般已设定好固定的换刀点，有些用户为提高加工效率自行更改换刀点时，必须确保换刀点在安全位置。

（4）明确图纸意图，仔细编程。例如G90 X/Z绝对值指令：按照指令的坐标值运行；G91 U/W增量值指令：按照指令的移动距离运行。

一般的数控系统允许绝对值相对值混用，所以编写程序时必须仔细。针对加工程序，一般可通过试运行保证机床正确工作，例如可以不装工件和刀具，利用单段、进给倍率或机床锁等检查机床正确运行。

4 参数设定有误或者误改动

（1）数控系统一般会有公/英制转换功能，但进行公/英制转换时，并不转换例如工件的原点偏置值、各类参数和当前的位置等数据的测量单位。因此，在运行机床之前，必须仔细确认这类数据的有效单位。各数控系统公/英制设置方法因系统而异。在FANUC系统中，设置参数0000#2 INI为公/英制切换参数。在KND数控系统的操作界面中按[设置]软体键，出现设置参数页面，在其中可以选择程序的输入单位是英寸还是毫米，一般默认为毫米。

（2）数控系统在编写程序时，对小数点数值也做了详细说明，因为数值带小数点和不带小数点意义大不相同。以KND数控系统为例说明。相关参数如下：

系统参数NO.13#6 POD

0：小数点是否编入任意。

1：可带小数点的必须编入小数点，否则产生报警。

例如：公制时

X1.表示X 1mm X1表示X 0.001 mm

NO.13#3PODI

0：编程时，省略了小数点，无小数点。

1：编程时，省略了小数点，默认有小数点。

例如NO.13#6=0 NO.13#3=1

公制时

X100表示100 mm

应当注意的是100μ应编写为X0.1，而不能编写为X100。

如果以上两个参数及其他相关参数设定错误，或者被误改动，在加工时，数据单位就会混乱，工件容易出现尺寸不对甚至造成撞车；虽然在同一个程序段中，带小数点和不带小数点的数值是可以混用的，但一定要注意最小单位的类型。

5 加工过程中的误操作

程序正常加工过程中，由于误操作使程序停下来，如果操作人员按“RESET”复位之后，立即进行循环启动，此时容易撞车。因为运行的默认值与程序的设定值发生变化，按“RESET”复位，则把CNC系统复位到初始状态，清除了保存在DRAM内的预读程序信息，也可能改变了刀具移动指令。

避免方法：如果自动运行程序过程中，出现误操作导致程序停止运行，此时将模式修改为编辑方式，按“RESET”复位程序，再重新运行程序。即使从MDI（手动数据输入模式）转换为MEM（存储器记忆模式），也一定要检查各个模态代码（G、M、S、F、T）并确认准确无误之后，再启动自动循环（ST），否则可能会造成严重后果。

在加工过程中，因为误动作或者其他原因引起伺服报警，此时必须先查明原因，排除故障，再重新执行回机床原点，并检查刀具补偿等是否变化。例如，由于机床X轴定位速度超过电机的最大速度或者该轴负载过大，导致X轴伺服驱动报警，仅通过复位按键解除报警之后，继续运行原加工程序，X轴位置将出现偏差。

需要注意的是：一般伺服类报警解除后机床需要重新上电，执行回原点操作，并做相应检查，确认例如刀具补偿等值无误时，才可以重新执行加工程序。

6 刀具补偿值设定错误

如果刀具补偿数值设定错误，也会造成撞车。刀具补偿应注意补偿方向及补偿量大小。要定期检查刀具补偿数值是否正确，以避免撞车事故的发生。在更换新刀具或者调用其他刀位刀具时，都需要设定刀具补偿值。

7 结束语

由于数控系统种类较多、操作现场情况复杂、编程操作人员水平不等，引起机床撞车的原因还有很多。因此，需要加强现场管理，操作人员应细心，开机先回机床原点，加工过程中减少误操作，定期检查刀具补偿值和工件坐标系的设定，在加工前务必确认原点，做好各方面的检查，养成良好的操作习惯，才能确保机床安全可靠高效的运行。本文叙述了数类产生撞车的原因及预防措施，并不一定全面，仅供同行参考。

[1]机械电子工业部.天津电气传动设研究所.电气传动自动化技术手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[2]王建华.电气工程师手册(第3版)[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3]机械工程手册.电机工程手册编辑委员.机械工程手册(第10卷)[M].北京：机械工业出版社，1982.