改进换刀点设置提高数控车床的加工效率的研究

【摘 要】随着我国社会和经济的发展，机械制造业的发展也不断加快。数控车床是机械制造行业生产和制造中的重要环节，提高数控车床在实际生产中的加工效率有助于提高生产数量和质量，降低生产成本以及提高企业竞争力的关键。数控车床在进行批量加工时需要采取换刀的方式，而如何改进换刀点的设置是达到减少换刀辅助时间，降低加工成本和机器损耗，以及提高加工效率目的的关键。本文就数控车床批量加工实例中如何改进换刀点设置，以减少加工成本，提高加工效率进行了研究。

【关键词】数控车床 换刀点 加工效率

1前言

在机械制造行业中，尤其是批量生产以及大批量生产中，运用数控车床进行大规模的生产、制作和加工，不仅要求产品的质量要达到规定的标准，还要求提高加工效率，并且在加工过程中保证产品的良好性能，这也是提高企业经济效益和竞争力的关键要素之一[1]。因此，要精细合理的设置刀具的排列顺序、使用顺序，安排走刀的路线，选择合适的夹具。在加工的过程中，要选择简单、便捷的方法来更换刀具，尽可能的减少换刀所消耗的时间，减小对机床的摩擦损耗，减少加工制造的成本，故而改进换刀点设置是提高数控车床加工效率的基础。本文以N.E.F.CT40型数控车床（德国GILDEMEISTER公司生产）为实例研究对象，探究换刀点设置的改进方案，以求进一步降低运行成本，提高加工效率。该型号数控车床为后置刀盘，刀盘有12个刀位，不同的换刀点有特定的安放方法。

2换刀点的安放方法

数控车床换刀点的安方主要包括两种方法，分别是固定式换刀和跟随式换刀。

2.1固定式换刀

固定式换刀从字面理解就是换刀点是固定的，不会随着工件坐标系位置的变动而改变，通常该换刀点会设在安全性最高的位置，该位置在换刀时刀盘及刀架上的任何刀具都不会同工件发生碰撞。刀盘上的刀具全部处于第一象限，而工件处于第三象限，即轴向上长度最长的刀具决定换刀点的轴向位置，而径向最长的刀具则决定换刀点的径向位置。虽然这种换刀点位置在换刀时刀盘及刀架上的任何刀具都不会同工件发生碰撞，而且调试简便，适用于单件或者小批量生产，但是这样会加大刀具和需加工零件表面的加工距离，加重对车床的磨损，降低加工效率，尤其是应用在大批量生产中往往弊大于利，不建议采用[2]。

2.2跟随式换刀

跟随式换刀采用GO快速定位指令而不用机床数控系统提供的回换刀指令，从而能够有效的将换刀路线缩短。跟随式换刀要求到盘上所有刀具都要按照加工工件的顺序进行排列放置，在换刀时首先要仔细计算和确定好每一把刀具的换刀位置，以确保刀具不会同工件发生碰撞，而不用考虑换刀时刀盘及刀架上的全部刀具是否会和工件碰撞。通常是在情况下加工大批量工件，加工过程中要用到的刀具数量较多、类型较多、以及轴向和径向尺寸差值较大的情况下采用跟随式换刀。此外，跟随式换刀可以实现一次装夹加工多个工件[3]。

跟随式换刀是从第一把刀具开始调试的，主要调试方法包括两种。其中一种方法是直接在车床上进行调试，虽然很直观但是会延长辅助时间，第一把外圆刀的安装位置不与第二把外圆刀的位置重合，横向和轴向的坐标原点以第一把刀的刀尖为准，第二把刀在此基础上改变△X、△Z（其它刀与基准刀在X轴即横向和Z轴即轴向上的差值）。如此便能使所有刀具可以再最近的地方实现换刀，以大大减少换刀是刀具空走刀的路程，进一步提高加工效率。另一种方法是采用机外对刀仪对刀，对刀仪将测量得到的数据按一定的方法进行直接计算，然后写入相应的程序，从而直接得到程序中所有使用刀具的刀尖位置差。但是必须保证计算准确没有误差，否则会导致换刀时发生刀具和工件的摩擦和碰撞，对刀具和工件造成损坏，甚至损坏数控车床。

跟随式换刀在换刀时要参考换刀点位置和刀具的准确参数，尤其是在工件的加工过程中，一旦刀具的安装位置出现变化就必须据此重新设置程序中的相关换刀点。例如，在数控车削的实际生产过程中，一般要采取排刀法，这是一个钟加工效率较高的安排走刀路线的方法，需要参考工件的大小尺寸和几何形状，在刀具排列方式换刀的过程中并不需要转动刀盘或刀塔，从而有效的提高了加工的效率。例如，此次实例中需加工工件的材料为铝，毛坯为管材，加工中所用到的道具主要有外圆精车刀、内圆精车刀、外圆粗车刀、内圆粗车刀、螺纹车刀以及切槽刀等，按照一定的顺序排列放置于刀架上。其中内圆粗车刀和外圆粗车刀背靠背并列在一起，两刀刀尖之间的距离应不超过管材毛坯的内径，以求在工件加工过程中防止主轴反转，使主轴始终保持朝一个方向转动，内圆粗车刀和外圆精车刀刀尖之间的距离要大于管材毛坯内外径的差。加工过程中在进行排刀时要根据程序和刀具位置，可以采用编程的方法为每一把刀设置坐标系，采取坐标指令，也可以将所有刀具设置在同一个坐标系，由程序坐标系补偿刀具间位置的差值，但是在使用这种排刀法跟换刀具时如果刀具出现磨损，更换时要以刀具刀尖的实际位置为标准，重新调整换刀程序。

3结语

数控车床是机械制造领域中的重要部分，在实际操作过程中直接决定着制作和加工的效率，而刀具的先进性、换刀点位置的选取、编程质量、供气质量以及对车床管理的科学性都是影响数控机床加工有效率的关键因素，其中换刀点设置的改进又是重中之重，换刀点设置的合理性不仅能减少对车床的损害，降低加工成本，而且能够有效的提高加工效率。

参考文献：

[1]郭鑫.卧式加工中心数控系统设计及实现.控制工程.哈尔滨工程大学.2012（学位年度）.

[2]陈威.基于闭链刚度场模型的多轴数控加工刀具轨迹规划.机械电子工程.华中科技大学，2011（学位年度）.

[3]王晓慧.基于FTS的微结构表面超精密车削控制系统及实验研究.机械制造及其自动化.哈尔滨工业大学，2011（学位年度）.

作者简介：方开林（1982—），男，云南曲靖人，现工作单位为云南工业技师学院，现有职称一级实习指导教师，研究方向：数控加工技术方面。