数控车床撞刀现象及其机理的研究

叶海平



数控车床撞刀现象及其机理的研究

叶海平

（漳州职业技术学院机械与自动化工程系，福建漳州 363000）

在数控加工实训中，学生很容易出现撞刀。一旦发生撞刀，不但会损坏机床，而且会危害到机床操作者的人身安全。研究学生在实训过程中出现的撞刀现象，以及撞刀现象的发生机理，最后制定有效的防止措施。实训指导教师可以在教学过程中，利用防止措施，避免撞刀的发生。

数控车床；数控实训；撞刀现象；发生机理

漳州市实施《中国制造2025》行动计划明确提出，到2020年，漳州市要向制造大市迈进，到2025年，漳州市要向制造强市迈进。漳州市“十三五”规划中的“推动工业转型升级”与“实施创新驱动发展战略”，确定制造业发展的关键“拐点”和产业转型的重要方向—智能制造。

漳州的机械制造及加工企业积极响应政府的号召，大量使用数控设备进行生产，使得数控操作类人才需求剧增。这就促使职业院校加大对数控车床的投入，才能培养出符合企业需要的高素质技能型人才。然而，在数控车实训教学中，由于学生操作不当，引起刀具与工件或机床部件发生的碰撞。轻者刀具损坏、工件报废，重者会损坏机床，影响机床的加工精度，甚至造成人身事故。因此，在数控车床的实训过程中，实训指导老师应尽量避免撞刀现象的出现[1]。

1 数控车床的撞刀现象及原因

1.1　撞刀的危害

数控车床的撞刀是指，初学者或学生在操作机床过程中，由于操作不当，造成数控车床的刀具与工件或是夹具发生非正常的接触。由于刀具的移动速度过快，刀具承受的载荷过大，使得刀具发生不同程度的损坏。同时在发生碰撞过程中，夹具也有可能发生损坏，机床的几何精度也受到不同程度的损坏，由于相撞过程中，有可能造成工件或是刀具飞出来，进而伤害到操作者的人身安全，给操作者造成一定的心理压力，严重打击了初学者或是学生的学习积极性。因此，在数控车床实训过程中，实训指导老师要尽一切可能减少初学者或是学生由于操作不当而造成的撞刀的发生。

1.2　数控车床撞刀的现象及原因

数控车床作为回转体加工的主要数控设备，在企业中广泛的应用。一旦出现撞刀现象，不但对数控车床的夹具和主轴回转精度影响较大，而且会危害到操作者的人身安全[3]。由于目前的数控车床都安装有行程限位开关，所以我们可以排除刀具撞刀主轴和尾座的可能，主要是发生的是刀具撞到工件。下面我们就来讨论下几种出现撞刀的情况[2]。

1.2.1 手动进给速度过快造成的撞刀

初学者或是学生在手动移动机床的时候，由于某种原因，将移动的倍率调整到100%的那个键，如图1所示。这样操作者在移动工作台的时候速度就好非常快。当刀具靠近工件时，初学者由于移动速度过快，直接将刀具撞到工件上，引起撞刀。

图1 数控车床的操作面板

1.2.2 方向判定失误引起的撞刀

当刀具靠近加工表面，如图2所示的这个状态。初学者或是学生想要把刀具退回去。这个时候很有可能发生撞刀，因为他们没有搞清楚哪个方向为正，哪个方向为负。本来想退出来了，结果方向弄错了，刀具就直接撞到了工件[3]。

图2 刀具靠近工件

1.2.3 对刀步骤的错误引起的撞刀

初学者或是学生在对刀的过程中，经常由于对步骤不够熟练。对刀之前没回零，X轴退出来了才输入工件的直径，刀补输错地方等这些原因都会造成对刀错误。但是学生又不知道自己的对刀是错误的，直接进行加工，结果循环启动一按，撞刀就发生了。

1.2.4 退刀方式的错误引起的撞刀

数控车床在编程过程中经常需要进行退刀。退刀如果没有注意就会发生撞刀。比如当你在用切槽刀切退刀槽的时候，退刀槽加工完之后要进行换刀加工螺纹，这个时候我们需要把工作台移动到安全位置进行换刀。这个时候如果你直接用G00 X100 Z100；进行退刀，就有可能出现撞刀现象，因为退刀的时候刀可能还在槽里面。

1.2.5 编程错误引起的撞刀

在编程过程中，G00和G01的意义是不一样的，加工的时候一定要用G01，如果输错，那撞刀必然会发生，而且在仿真的时候也不会出现报警。如果是坐标输错，由于切削路径不连贯，会出现报警。

1.2.6 仿真后没回零引起撞刀

我们知道数控加工程序编写完之后需要仿真检查一下，来验证编写的程序是不是符合相关要求。但是很多初学者或是学生在仿真之后，以为没问题，立马进行加工。这个时候问题就来了，仿真的时候我们是把机床锁住的，在仿真的时候工件原点和绝对坐标不一致。仿真完之后，要用回零方式来让它们重新一致，否则撞刀就发生了。

2 防止数控车床撞刀发生的措施

在数控加工实训过程中，数控车床的整个操作过程如图3所示。根据以上的撞刀现象和原因分析，结合数控车床的整个实训过程，我们研究出了一些防止发生撞刀的措施。撞刀现象的发生需要两个必要条件，学生的粗心大意和实训指导老师的疏忽。因此具体的措施我们还是从学生的角度和实训指导教师的角度入手[4]。

图3 数控车床实训过程

2.1 通过安全教育来防止撞刀

目前很多中高职院校都是学生到数控实训中心之后，教师就开始介绍机床面板的熟悉和机床的操作。我们可以通过安全教育来来告诉学生一些防止撞刀的注意事项，让学生在实训中特别注意那些环节。比如说，手动进给的时候，速度不能太快；刀具要退出来的时候，方向如何判断。

2.2 设立数控车床安全员

学生在数控实训的时候，我们进行分组操作，3～4个人一组。选择一个比较细心的，动手能力强的人，作为安全员。这样可以在一定程度上，缓解实训指导教师的工作量，特别是很多职业院校都是实训指导教师师资有限，让1～2个实训指导老师去指导一个班级的实训，压力还是非常大的。安全员负责看好同组其他学生的操作，比如验证同组其他学生对刀是否正确；手动时，进给是否合理；程序仿真时，有无错误；机床锁住后，自动加工前有没回零等。

2.3 实训指导教师检查

通过大量的教学实践，我们发现实训中，最容易发生撞刀的还是在自动加工环节。自动加工环节会撞刀，主要有两个方面引起的，一个是对刀的错误，另外一个是程序编制的错误。因此，学生在加工之前，需要叫实训指导教师过来检查，检查的部分是对刀和程序仿真。这个环节增加了实训指导教师的很多工作量，对于实训师资有限的一些院校，需要增加一定师资的投入[5]。

2.4 通过学生分组讨论

数控加工实训的时候，一个班级的学生过来，一般都是3～4个学生一组。一般零件图纸发放之后，学生先自己编写程序，然后小组讨论各自的程序是否合理，是否有错误的地方。通过学生的相互讨论，找出其程序错误。

3　结语

本文基于数控车床的实训教学，针对学生在学习操作数控车床的加工过程中出现的撞刀现象。对发生撞刀的原因进行了分析探讨。总结了数控车操作过程中发生撞刀的措施。以便实训指导老师在今后的教学过程中，尽量避免类似撞刀事故的发生，从而提高学习操作数控机床的安全性，保护人身和财产安全。通过实践证明，在数控加工实训过程中，使用到这些措施，可以很大程度上的避免了数控车床撞刀的发生。

[1] 李华虎. 数控车床编程与操作训练课程探究[J]. 现代职业教育, 2016(9): 126.

[2] 卢亮亮．数控切削加工中撞刀现象及对策[J]．科学与财富, 2014(6): 461-462．

[3] 张锐丽, 王洪. 浅谈数控车床撞刀现象[J]. 软件, 2013(6): 112-113.

[4] 李宝成. 浅谈数控实习教学中撞刀现象及对策[J]. 中国机械, 2013(15): 238-239.

[5] 林奕滔. 浅谈数控车床实习课堂管理的方法[J]. 教学探索, 2014(12): 100.

（责任编辑：马圳炜）

Research on the phenomenon and mechanism of NC lathe collision

YE Hai-ping

（Mechanical and Automation Engineering, ZhangZhou Institute of Technology, ZhangZhou 363000, China）

In the numerical control processing training,,it is very easy to hit the machine tool for students. Once the collision, not only it will damage the machine, and will harm the personal safety of the operator. This paper mainly studies the phenomenon of the collision, as well as the mechanism of the collision phenomenon of the machine tool and finally to develop effective measures to prevent. In the teaching process, the training instructors can use the prevention measures to avoid the occurrence of the collision.

CNC lathe; CNC training; the collision of machine tool; the mechanism

1673-1417（2017）03-0040-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2017.03.0008

TG519.1

A

2017－06－10

福建省中青年教师教育科研项目（JAT160872）。

叶海平(1982—)，男，福建漳州人，讲师，硕士，研究方向：数控技术。