数控车床仿真系统中如何提高对刀效率

郭浩

摘 要：仿真，指的是通过对系统的模型实验去研究一个已有的或正在设计中的系统的过程。而数控加工仿真则是借助计算机来模拟真实的数控机床加工过程，验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有效工具，其中包括毛坯的定义，夹具、刀具定义和选择，零件基准测量，数控程序输入、编辑和调试，对刀和操作面板的训练，操作起来安全性高，不会因为学生的错误操作而造成人身伤害，更不会损坏机床，且不需要原材料，故投入资金少，不会造成资源的浪费。而在整个机床操作中，对刀是实现加工的基础，如果在对刀过程中切削端面过大，就会引起后续操作中不必要的麻烦。本文以宇龙数控仿真系统中车刀的对刀过程为例，从对刀引起的常见加工故障进行分析，提出相对应的解决方法，就如何提高数控仿真加工效率进行阐述。

关键词：数控车床;仿真;对刀效率

随着计算机、传感、检测、自动控制及机械制造等技术的不断发展，数控加工技术得到广泛应用，社会对数控方面人才的需求也随之不断增加。所谓的数控加工技术就是是利用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数，从而实现对机床的控制的。

数控编程与操作课程的教学分理论和实训两部分，在传统的教学过程中，数控机床编程与操作的实训教学只能在数控机床上进行，很难保证所有的学生能够听清、看清，教学效果往往不太理想。此外，数控编程与操作的教学投入大、消耗多、成本高。同时，数控机床还是一种集机、电、液、光于一体的新型自动化机床，它具备“高速、高效、高精度”的特点，如果刚开始接触时就让学生直接在数控机床上操作，可能会导致数控机床设备、刀具等损坏以及材料浪费等现象，甚至会因操作失误引发人身伤害事故，增加教学成本。从教学上说，中职的生源大部分基础比较薄弱，教师教学困难，传统的教学方式已很难让学生更快、更好的掌握所学内容，因此，引入数控编程仿真系统，利用先进的教学方法、教学手段来提高学生的学习兴趣显得尤为重要。

一、如何对刀

工件坐标系一般是将坐标原点  设置在工件的工艺基准上，在数控车床上以车床主轴纵向方向为Z轴，平行于横向运动方向为X轴，车刀远离工件的方向为正向，靠近工件的方向为负向建立的。编程原点一般设置在工件右端面与主轴回转中心线交点处，由于工件在安装到机床时会找正，使工件中心与机床主轴回转中心线重合，故坐标原点实际即为工件右端面中心点。而数控加工前的对刀的过程就是建立工件坐标系的过程，最常用的一种对刀方法是试切法 ，下面以车刀为例具体讲解其对刀过程，具体操作如下：

1、车削外径：点击机床面板上的模式选择旋钮使机床进入“JOG”模式即手动操作模式，将刀具移动到工件附近，点击控制面板上的“Z轴负方向”按钮，用所选的车削刀具来试切工件外圆，然后按“Z轴正方向”按钮，X方向保持不动，将刀具原路退出。

2、测量切削位置的直径：在手动方式下使主轴停止转动，点击菜单“测量/剖面图测量”，跳出测量界面，点击试切外圆时所切线段，选中的线段由红色变为黄色。记下下面对话框中蓝色显示区域中对应的X值，如图所示直径值就是54.967。然后在“对刀”界面里，将数据输入，系统通过计算确定X轴的坐标原点在工件的中心线即主轴的回转中心线上。

3、切削端面：转动主轴，将刀具移动位置，点击控制面板上的“X轴负方向”按钮，切削工件端面，然后按“X轴正方向”按钮，Z方向保持不动，刀具原路退出。然后在对刀状态下，在 Z轴状态下输入“0”，确定Z轴的坐标原点在现在已车削的端面上。

通过确定X、Z轴的坐标原点位置，就可以建立我们所需要的以工件右端面中心点为坐标原点的工件坐标系，建立好工件坐标系后就可以编写数控程序加工工件了

二、因对刀引起的加工故障

学生在上机进行仿真练习时，往往因为对刀时没注意到一些细节，而在后面的加工中经常出现两种故障。其中若程序里包含端面加工，工件精加工刀具要移动到X0Z0这一点时，会有“刀具一次切削的深度太大”的错误提示。另一种是当程序中不包含端面加工时，加工过程中没有错误提示，但最终加工出的工件会在端面处出现多余的一截。

造成上述两种现象的原因是什么呢？其实很简单，这都是是对刀时刀具车削削端面过多造成的。因为对刀时，车削端面造成了该工件比系统一开始设定的毛坯料短了一节，而跟换毛坯料加工同样工件时，由于不需要重新对刀，用的又是原来设定的毛坯料，故出现了坐标原点不在端面上而是在工件内部的现象，从而导致了以上故障的出现。

三、解决方法

要解决这一故障，可从以下几个方面着手：

1、利用手动或自动方式去除余量

在不改动对刀数据的前提下，可以利用MDA方式即手动数据输入方式，将切削刀具移动到毛坯下方Z0處，手动切除跟对刀时车端面去除的同等长度的加工余量，或在编写加工程序时，先利用45度外圆车刀，按每次去除0.3mm左右长度的方法编写加工程序，通过自动方式逐步将工件多余部分去除。通过这两种加工方法都使剩余工件跟对刀时剩余的工件等长，就不会出现以上所说的故障。但该方法必须对每次更换的工件都进行处理，比较麻烦，故在仿真操作中不提倡。

2、在仿真系统上，对对刀过程进行修改

手动操作模式下，利用所选刀具来试切工件外圆，将刀具停留在原处不动，再测量切削位置的直径以及Z向切入的尺寸，我们人为的将工坐标系的原点建立在毛坯料的右端面中心点处，然后进入“对刀”界面，将光标移到相应界面里分别填入直径值和Z向的负值，X向填入48.034，Z向填入-30.128，从而将坐标原点定在毛坯料的右端面中心点处，以后即使更换另外一个毛坯料，只要是相同尺寸就不会影响加工。

3、利用调整磨损方法修改对刀结果

当车削端面去掉工件长度L时，仍按普通方式对刀，只是在形状补偿参数设定界面的Z向补偿项里输入-L值即可，因为利用普通方法对刀后，工件坐标系原点定在已车端面，通过补偿使坐标原点向Z轴正方向即向右移动L个单位，还是定在了毛坯料的端面上。

在教学过程中，通过以上几种方式的修改，都可以将工件坐标系的原点始终定在毛坯料的右端面中心点处，避免了因为后来更换毛坯料引起的加工错误，提高了加工效率。

合理进行仿真教学，有利于调动学生学习的主动性、积极性，全面提高学生的实际操作能力，激发独立思考和创新意识，培养学生自主学习和勇于实践的能力，进而提高学生的职业素质。数控加工仿真软件是一种新的现代教育理念和教学方法，正确发挥其在教学中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。我们职业学校的教师只有不断的探索和尝试新的教学方法和理念，才能培养出更多更好的数控技术人才。

参考文献：

[1]仿真软件：上海宇龙软件工程有限公司，数控加工仿真系统使用手册

[2]叶伯生、戴永清.《数控加工编程与操作》.华中科技大学出版社 2015年 第三版

[3]查正卫.《数控车床编程与操作教程》.安徽科学技术出版社，2013年 第一版

注释：

1、工件原点：又称工件原点或编程原点，是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系原点，它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的。工原编程点的确定的原则是简化编程计算，故应尽量将编程原点设在零件图的尺寸基准或工艺基准处。

2、试切法：是指操作工人在每个工步或走刀前进行对刀，然后切出一小段，测量其尺寸是否合适，如果不合适，将道具的位置调整一下，在试切一小段，直至达到尺寸要求后才加工者一尺寸的全部表面。