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1、数控实训教学中如何避免“撞刀”江苏省六合职业教育中心校朱明松内容提要：“撞刀”是数控机床操作加工中一个专用术语，是指刀具以G00速度或快速运动速度撞击工件、压板或机床的一种非正常现象，发生撞刀后轻则使刀具损坏，重则损坏机床设备或伤击操作加工的学生，故数控操作加工中如何避免“撞刀”是每一位老师和实训学生都非常关心的事。关健词：数控机床撞刀数控操作加工数控程序随着国家推行紧缺人才培训计划，数控机床操作与加工作为当今社会紧缺人才重要工种广泛受到各级各类学校和培训机构重视，数控设备也越来越多地进入学校、车间，数控操作加工越来越普及，但由于数控机床设备及刀具相对其它工种设备而言较为昂贵，实习教学过程中出
2、现的损坏刀具及数控机床设备的现象是各个学校、培训机构非常头痛的事，而其中最为常见和最为严重的便是“撞刀”现象，本人就几年来在数控实习教学中的经验谈谈在数控实习教学中如何减少或避免“撞刀”现象的发生。一、“撞刀”及其危害数控机床“撞刀”是指刀具以G00速度或快速运动速度撞击工件、压板或机床床身的现象。G00含义是指刀具快速运动到目标点，常用于刀具空间运行或退刀过程中，可以减少空运行时间提高生产效率，但若是在运动过程中刀具碰到工件、压板、工作台或卡盘则因其运动速度太快而产生撞击现象，轻者刀具损坏，严重者降低数控机床精度或直接破坏数控机床设备，因撞击而飞溅出的刀具、工件等碎屑还会伤击操作的学生而造成
3、严重的人身安全事故，操作中因其速度快、发生突然、撞击声大也会惊吓学生，让学生产生一定畏惧心理，害怕再次撞刀而不敢继续操作致使实习效果下降，故此在数控实训教学中“撞刀”现象是极其危险的，克服和避免“撞刀”是非常重要的，众多实习指导教师也都非常想通过种种途径避免这种现象的发生。二、发生“撞刀”现象的情况及原因分析学习数控操作的人和实习指导教师一般都会认为在数控机床操作实训中“撞刀”现象是不可能避免，误认为“撞刀”是一种正常的现象，我个人则不这么认为，我认为“撞刀”都是在非正常情况下才发生的，按照正常操作数控机床不会无缘无故地发生“撞刀”，只有操作者的失误才会产生这种现象，并且“撞刀”也是有规律可行
4、的，只要我们掌握了它的规律至少可以尽量减少“撞刀”次数或是彻底避免“撞刀”现象的发生。数控机床“撞刀”基本原理是一样的，都是刀具以G00速度碰到工件、压板或机床，但在不同类型的数控机床上表现形式是变化的，下面我们以最常见的数控车床（卧式）和数控铣床（立式）来分析研究“撞刀”情况及原因：1、数控车床（卧式）产生“撞刀”的情况其原因分析卧式数控车床的特点是机床只有两个坐标轴：X轴和Z轴，编程时一般把工件原点设置在工件右端面圆心上，数控机床“对刀”时也是把机床原点偏置到工件右端面圆心上，“对刀”方法也都一样通过刀具长度补偿来偏置机床原点，会产生“撞刀”的情况也都差不多，大致有以下几种：（1）操作不当
5、造成“撞刀”：主要是手动操作不当，如当需要把刀具沿+X、+Z方向退出时按错键使刀具沿-X、-Z方向运动而产生“撞刀”，也就是运动方向反了再加工进给倍率较高，必然产生，产生这种情况“撞刀”的原因主要是没弄清数控机床坐标系和操作不熟练所致，往往发生在数控实习初期；当然也有少部分同学是因为粗心大意或思想开小差所致，没看清楚键就按，等发现了刀具已经撞坏了。产生这种情况“撞刀”的后果一般不是很严重，反应过来及时松手，就可避免。（2）“对刀”错误引起“撞刀”。“对刀”不正确是指机床原点没有偏置到工件原点上，产生这种情况，一般在测试“对刀”时就能发现，测试时也很容易发生“撞刀”现象；这种“撞刀”不只是把刀具
6、撞坏还会严重损坏数控车床主轴精度。如果学生“对刀”结束后没有测试直接进行程序加工，则肯定会“撞刀”且将发生更大的危害。（3）换刀时产生“撞刀”。数控车床一般都配有四六把车刀，用不同的刀具加工不同表面，如加工外圆用外圆车刀、加工螺纹用螺纹车刀等等，在数控车床上一次用多把刀具是很正常的，一次对几把车刀也是经常遇到的，有一部分“撞刀”就是在这种换刀过程中发生的。一种是对好第一把刀具后对第二把刀，在手动换刀中发生“撞刀”，另一种是在程序编制中通过指令换刀而产生“撞刀”，这两种“撞刀”共同特点是刀具没有回换刀点就开始换刀而造成“撞刀”或是沿+Z方向移动距离不够远而导致“撞刀”。（4）用了长度补偿指令“对
7、刀”后又在零点偏置指令中输入数值而引起“撞刀”。在数控车床上，“对刀”一般是通过长度补偿来对各把刀具的，有一部分同学在对好刀具后，受数控铣床“对刀”影响，在G54G59等零点偏置指令中输入数值致使“对刀”错误，和第（2）种一样通过测试“对刀”就可发现“对刀”错误了，但这种情况隐蔽性较强，往往找不出错误所在，“对刀”操作步骤都对，就是测试时不正确还容易产生“撞刀”。（5）编程错误引起的“撞刀”。这类型“撞刀”占的比重较大，原因也多种多样，在数控实训教学中发现因程序不正确引起“撞刀”的有这样两种；一是坏习惯养成；在数控机床程序编制中有大部分指令是续效代码，即直到同组代码出现前，该类代码即使不写也一
8、直持续有效，有些同学就养成这样一种坏习惯，省略不写，该用G01的地方他不写G指令，这样，G00指令持续有效，用G00速度切入工件必然会产生“撞刀”。二是前面已经提过的加工过程中编程换刀指令+Z方向没有足够的换刀空间，而在换刀过程中产生“撞刀”。2、数控铣床（立式）产生“撞刀”的情况及其原因分析数控铣床是三个坐标轴：X、Y、Z比数控车床多一个坐标轴，会产生“撞刀”的情景与数控车有相同的地方也有不同的地方，现分析如下：（1）数控铣床换刀后忘记“对刀”而产生“撞刀”。数控铣床和数控车床不一样，在铣床主轴上只能安装一把铣刀，如果用到不同类型的铣刀则必须通过手工换刀才行，更换不同的铣刀后，沿X、Y方向一
9、般不需要重新“对刀”而在Z方向必须重新“对刀”，因为不同的铣刀长度是不一样的，有一些同学在更换不同铣刀后忘Z方向“对刀”，直接去运行程序，必然会产生“撞刀”，这种现象在数控考核或数控竞赛中最容易发生，它与心理紧张有一定关系。（2）“对刀”时在长度补偿里输入数值而引起“撞刀”。数控铣床“对刀”方法与数控车床不一样，它一般是通过G54G59零点偏移指令来把机床坐标系偏置到工件坐标系上的，和数控车床“对刀”相反，在数控铣床上“对刀”时在长度补偿里输入数值而使机床原点偏置到工作台以下，在测试对刀或运行程序时必然产生“撞刀”。（3）程序编制错误引起的“撞刀”。产生这种情况撞刀的原因也大体同数控车床编程时
10、所范的错误，即该用G01下刀的地方没写G01结果演变成了用G00下刀而“撞刀”。另一个原因则不同于数控车床，数控铣床加工完一个表面后需要抬起刀具再进行加工，该抬刀的地方没有沿+Z方向抬起刀具，而是水平快速移动，或不是垂直方向抬刀，是沿倾斜方向抬刀，都会产生“撞刀”。三、数控机床操作实训中减少或避免“撞刀”现象的方法数控车床与数控铣床发生“撞刀”现象的原因已经分析，大体上是一样的，也是数控实训中最为常见的“撞刀”情况。此外还有一些非正常意外因素产生的“撞刀”，如数控机床限位开关失灵、数控系统不稳定等造成，不过一般发生的概率较少，我们对常见的“撞刀”现象，在数控教学实训中只要采取相应的措施是可以减
11、少甚至完全避免“撞刀”现象产生的。具体如下：1、由浅入深、规范操作数控实训不能急燥，加工安排应由简单到复杂，每次实训内容要结合学生的实际需要，容量适当，不能超过学生的承受能力，避免学生在没掌握前提下操作数控机床；如练习数控机床“对刀”，先必须让学生熟练掌握数控机床坐标系、运行方向及机床相关面板功能后才能进行，就可避免因操作方向错误而引起的“撞刀”。操作过程中更应加强学生职业习惯的培养，端正实习态度，禁止态度不严肃和思想开小差行为，以及两人、三人同时操作一台数控机床等不良行为，以此避免因不良行为带来的“撞刀”危险，2、使用仿真软件辅助实训教学现在市场上有许多数控加工仿真教学软件如宇航、宇龙、斐克
12、，数控界面及操作方法、步骤与真实数控机床完全一样，可在加工前让学生先行在计算机上对自已所编程序模拟加工一遍，不仅可以熟悉机床对刀、加工等步骤还可以发现自已所编程序会不会“撞刀”，刀具轨迹有没有错误等，模拟加工后再通过RS232接口把数控程序传输到数控机床上进行实际操作加工，也就是在加工前再加一道保险装置，以保证不会因为数控机床程序错误而发生撞刀，这种运作硬件投入相对多些，一台数控机床要配置一台电脑，还要购买数控仿真教学软件。对于资金实力相对较弱的学校也有这样做的，目的主要是弥补数控机床设备数量的不足，用仿真教学软件模拟真实加工场景，实力强的学校用仿真软件则可通过模拟加工，避免“撞刀”。3、学生
13、加工前由实习指导教师进行检查以减少错误避免“撞刀”目的也是在加工前多加一道保险装置，检查重点看是否会发生“撞刀”，而不是刀具轨迹是否正确；其一是检查对刀是否正确，其二是程序指令是否会产生“撞刀”。数控机床程序虽各不相同但产生“撞刀”的地方还是一样的，不管是数控车还是数控铣。凡是遇到Z尺寸为负的程序段，都须注意移动指令是不是G00，如果是数控铣则必“撞刀”，如是数控车，则看X方向尺寸是否过小，否则一样会产生“撞刀”。因为在数控车床上，工件原点在工件右端面中心上，Z负值方向刀具已进入工件加工内；数控铣床Z0点一般设置在工件上表面，Z负值方向也表明刀具进入工件内部，如用G00指令，肯定会发生“撞刀”
14、；其次数控车床退刀时X、Z方向尺应越来越大才不会撞刀，数控铣床在空间快速移动时必须先抬刀才能用G00空间移动，检查程序时就检查这些关健部位指令，省时又容易很快查出是否会产生“撞刀”4、其它减少和避免“撞刀”的方法（1）检测“对刀”是否正确时尽量用G01指令替代G00指令；如检测数控车检测Z坐标用G01 Z0 F2 M3 S500替代G00 Z0，检测X坐标用G01 X0 F2 M3 S400替代G00 X0；数控铣床中用程序G01 G54 X0 Y0 Z10 F500替代G00 X0 Y0 Z10，以避免“对刀”操作错误用G00快速运动来不及反应而“撞刀”。（2）把机床快速修调开关ROV选中，通过调小进给倍率以减小G00快速移动的速度，在发生错误时能反应过来以避免“撞刀”。（3）养成操作者把手放置在机床复位键上的习惯，一遇特殊情况，迅速按复位键停机避免“撞刀”。以上分析的只是数控操作中最容易产生“撞刀”的几种情况，针对不同的实训内容，还会有其它一些特殊情况需要我们在数控实训过程中不断累积经验，相互共享。主要参考资料：（1）数控机床加工程序编制、顾京主编（2）数控车削编程与操作训练、高枫肖卫主编（3）数控铣床编程与操作训练、郑书华张凤辰主编（4）数控机床与编程、田坤主编
