1. 引言
隨著現(xiàn)代科技不斷地進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了近60年的發(fā)展，目前已占據(jù)了制造業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的主導(dǎo)地位，在發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的普及率已經(jīng)達(dá)到了30%以上，我國(guó)的數(shù)控設(shè)備普及率雖不足5%，但隨著制造業(yè)水平和需求的不斷提高，我國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床將會(huì)形成巨大的需求，從2003年起我國(guó)已成為全世界最大的數(shù)控機(jī)床消費(fèi)國(guó)，同時(shí)也是世界最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口國(guó)。數(shù)控機(jī)床逐步開始在我國(guó)制造業(yè)普遍使用，但也有許多企業(yè)近年來(lái)才開始接觸和使用數(shù)控機(jī)床，由于使用經(jīng)驗(yàn)的欠缺以及操作人員水平的參差不齊，如何正確、高效地使用數(shù)控機(jī)床，將是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。
2. 數(shù)控車床發(fā)生故障主要類型
由于數(shù)控車床是按編程人員所編程序指令進(jìn)行自動(dòng)加工的，盡管現(xiàn)在有好多模擬仿真軟件可以檢測(cè)程序，但仍會(huì)由于各種原因，造成機(jī)床發(fā)生碰撞事故時(shí)有發(fā)生。
（1）系統(tǒng)編程缺陷原因
刀具補(bǔ)償和程序中坐標(biāo)值輸入時(shí)漏掉小數(shù)點(diǎn)或輸錯(cuò)位置。某些數(shù)控系統(tǒng)如FANC系統(tǒng)坐標(biāo)尺寸數(shù)據(jù)如無(wú)小數(shù)點(diǎn)時(shí)以μm為單位，有小數(shù)點(diǎn)以mm為單位，如漏掉小數(shù)點(diǎn)或輸錯(cuò)位置會(huì)使數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而發(fā)生事故。
對(duì)刀時(shí)刀具號(hào)輸錯(cuò)或程序坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)定不對(duì)。對(duì)刀時(shí)輸錯(cuò)刀號(hào)使實(shí)際的刀具與刀偏值不匹配，加工中數(shù)控系統(tǒng)按照錯(cuò)誤的刀偏數(shù)據(jù)和工件原點(diǎn)來(lái)計(jì)算加工路徑，造成事故發(fā)生。
程序中換刀點(diǎn)設(shè)定不對(duì)，或編程時(shí)退刀指令輸入錯(cuò)誤。換刀點(diǎn)設(shè)定過近，調(diào)用新刀時(shí)刀盤旋轉(zhuǎn)，長(zhǎng)柄刀具與工件或卡盤相撞。退刀指令有三種路徑，先X向再Z向退刀，先Z向再X向退刀或X向同時(shí)退刀，退刀指令一般都采取快速移動(dòng)指令，如果刀尖在工件內(nèi)部或中途存在干涉，退刀中路徑安排錯(cuò)誤造成工件報(bào)廢或發(fā)生碰撞。
切削量、進(jìn)給率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置過大或不合理，造成悶車、扎活、打刀等事故。
（2）機(jī)床機(jī)械故障
伺服電機(jī)出現(xiàn)機(jī)械故障，或者由于伺服電機(jī)下的接線在操作中被拉斷，伺服電機(jī)與滾珠絲杠之間連接銷釘脫落，使電機(jī)與拖板之間移動(dòng)不同步，或絲杠中有異物（如切屑等），造成機(jī)床兩軸中其中一個(gè)方向不動(dòng)或移動(dòng)緩慢，使機(jī)床出現(xiàn)撞車事故。操作時(shí)應(yīng)做到及時(shí)調(diào)整，注意傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出的異聲，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)處理，機(jī)床導(dǎo)軌及絲杠使用完畢應(yīng)清理干凈，定時(shí)、定期對(duì)車床油路進(jìn)行檢查，確保油路的通暢。
加工中對(duì)切削量、進(jìn)給率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)后，操作人員未進(jìn)行仔細(xì)觀察調(diào)試或離開機(jī)床，此時(shí)若切削中出現(xiàn)異常情況則無(wú)法及時(shí)處理，造成過載停車，甚至損壞刀具、工件或損傷機(jī)床。
毛坯尺寸過大時(shí)未仔細(xì)區(qū)分，直接加工造成刀具與工件相撞。工件的毛坯有時(shí)會(huì)出現(xiàn)外形尺寸偏差較大或形狀不規(guī)則，尤其是一些氣割、鍛壓下料的毛坯可能會(huì)有較大的毛邊，鋸床下料也可能會(huì)過長(zhǎng)或端面歪斜，如不區(qū)分或加以預(yù)先分類規(guī)整，直接裝夾加工，在切削前的快速定位階段就會(huì)撞上工件或第一次切削時(shí)余量過大引起悶車、過載甚至造成旋轉(zhuǎn)工件脫落飛出的嚴(yán)重后果。
液壓卡盤使用中壓力調(diào)節(jié)過小或卡爪位置調(diào)節(jié)不當(dāng)，工件裝夾不牢加工中飛出造成事故。液壓卡盤卡爪松夾行程較小只有幾毫米，如行程調(diào)整不當(dāng)或遇到個(gè)別毛坯外徑較小時(shí)可能會(huì)造成工件看似夾緊，但實(shí)際上卡爪已到行程極限，工件并未可靠夾緊，切削中造成工間脫落和飛出。
數(shù)控車床在一些特殊情況，需要使用液壓卡爪夾持工裝夾具或手動(dòng)卡盤，再用工裝或手動(dòng)卡盤夾持工件，這種形式不僅存在兩級(jí)夾持的穩(wěn)定性問題，同時(shí)也存在液壓卡爪夾持力的是否可靠問題，未進(jìn)行充分論證和計(jì)算情況下應(yīng)避免使用。
3. 預(yù)防和避免碰撞事故措施
（1）安裝和調(diào)試階段技術(shù)要求
環(huán)境溫度和濕度要求。數(shù)控車床一般要求使用環(huán)境恒溫，以確保機(jī)床的工作精度，一般要求恒溫20攝氏度左右。大量的實(shí)踐證明，夏季高溫時(shí)期，數(shù)控系統(tǒng)的故障率大大增加，很易造成碰撞事故的發(fā)生。潮濕的環(huán)境也會(huì)降低數(shù)控車床運(yùn)行的可靠性，因此應(yīng)對(duì)數(shù)控車床環(huán)境采取去濕措施，以避免電路短路，造成數(shù)控系統(tǒng)誤操作，發(fā)生碰撞事故。同時(shí)，還要求數(shù)控車床遠(yuǎn)離鍛壓設(shè)備等振動(dòng)源，遠(yuǎn)離電磁場(chǎng)干擾，遠(yuǎn)離電焊機(jī)，遠(yuǎn)離線切割機(jī)床以及電火花機(jī)床等電加工機(jī)床。
電網(wǎng)和地線的要求。數(shù)控系統(tǒng)的電源變壓器和伺服變壓器都有多個(gè)抽頭，外接電源必須正確。另外，還要進(jìn)行電源電壓波動(dòng)范圍的確認(rèn)，一般數(shù)控系統(tǒng)允許電壓的波動(dòng)范圍為額定值的80%~110%，如果電源電壓波動(dòng)范圍超出數(shù)控系統(tǒng)的要求，應(yīng)考慮配備交流穩(wěn)壓器，以保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。同時(shí)，數(shù)控車床一般要求接地電阻小于5歐姆，不允許有較大的反射干擾。若電壓或接地達(dá)不到上述要求，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)莫名其妙的碰撞事故。
開關(guān)靈敏性要求。數(shù)控系統(tǒng)第一次接通電源時(shí)，一定要做好按急停按鈕的準(zhǔn)備，隨時(shí)切斷電源。通電正常后，檢查各工作開關(guān)工作是否正常，檢查數(shù)控緊急急停開關(guān)工作是否正常，如果這些重要的保護(hù)開關(guān)工作不正常，將直接導(dǎo)致碰撞事故的發(fā)生。
（2）手動(dòng)操作階段注意事項(xiàng)
機(jī)械回零操作。數(shù)控車床在開機(jī)后必須立即進(jìn)行回參考點(diǎn)操作，即機(jī)械回零操作。發(fā)生意外而按下急停按鈕時(shí)，則必須重新回一次機(jī)械零點(diǎn)。若不進(jìn)行此項(xiàng)操作，則很有可能在以后的操作過程中，出現(xiàn)不可想象的碰撞事故。在回參考點(diǎn)操作之前，應(yīng)將刀架移動(dòng)到減速開關(guān)和負(fù)限位開關(guān)之間，以便機(jī)床在返回參考點(diǎn)的過程中找到減速開關(guān)。為保證安全，防止刀架與尾座相撞，在回參考點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先讓+X方向回參考點(diǎn)，然后讓+Z方向回參考點(diǎn)。若先讓+Z方向回參考點(diǎn)，則由于Z向向右移動(dòng)過程中，很容易發(fā)生刀架與尾座或安裝在尾座中的頂尖、鉆頭發(fā)生碰撞事故，從而造成損失。在回參考點(diǎn)操作中，要認(rèn)真觀察數(shù)控車床面板上的“X零點(diǎn)”或“Z零點(diǎn)”的指示燈，燈亮了，表示該軸已回到參考點(diǎn)了。只有兩個(gè)點(diǎn)都亮了，才表示機(jī)械回零操作成功。
手動(dòng)操作前的機(jī)械檢查。在對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行手動(dòng)操作前，需對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行相關(guān)的檢查，如工件的裝夾是否牢靠，伸出長(zhǎng)度是否夠長(zhǎng)，刀具是否裝夾正確、牢固，主軸的高、低擋手柄是否到位，刀架是否離工件有一段安全的距離等，通過這一系列的檢查，來(lái)避免發(fā)生碰撞事故。
對(duì)刀操作時(shí)的注意事項(xiàng)。手動(dòng)對(duì)刀時(shí)，由于各個(gè)刀具伸出長(zhǎng)度不相同，特別是使用轉(zhuǎn)塔式六工位刀架，當(dāng)外圓刀和鏜刀安裝靠在一起時(shí)，對(duì)好外圓刀具，離開工件后，手動(dòng)換刀時(shí)，就很容易發(fā)生鏜刀和工件的碰撞事故。具體操作時(shí)，應(yīng)該在對(duì)刀操作過程中，當(dāng)對(duì)好一把刀后，把刀具遠(yuǎn)移工件，目測(cè)到換刀時(shí)與工件不發(fā)生干涉的地方，再手動(dòng)換下一把刀，再對(duì)刀。這樣就能避免在對(duì)刀操作過程中發(fā)生刀具和工件的碰撞事故。
（3）程序編制階段
程序編制是數(shù)控加工至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，提高編程技巧可以在很大程度上避免一些不必要的碰撞安全事故。
編程時(shí)，對(duì)于換刀要注意留給刀具足夠的空間位置（尤其是鏜孔刀），要在機(jī)床上實(shí)際測(cè)量確定換刀點(diǎn)坐標(biāo)。如遇工件較長(zhǎng)需頂尖支撐，更應(yīng)特別注意。
同一條程序段中，相同指令（相同地址符）或同一組指令，前面的指令不起作用，而是執(zhí)行后面出現(xiàn)的指令。例如：G01 U100。0 U50。0 F200；執(zhí)行的是U50。0， X軸相對(duì)移動(dòng)50mm，而不是100mm。同理：G01 G02 X30。0 Z20。0 R10；執(zhí)行的是G02。
加工程序走刀路線。加工程序編寫的順序（走刀路線）必須按照工件圖紙和工藝單要求確定加工路線，為保證零件的尺寸和位置的精度，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)募庸ろ樞蚝脱b夾方法，以確保加工的可行性。在確定過程中，還要注意遵循先粗后精、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉等一般性加工原則。
G70—G73等循環(huán)指令執(zhí)行后的最后一刀是從程序終點(diǎn)快速返回程序起點(diǎn)，為了避免車刀從終點(diǎn)快速返回起點(diǎn)時(shí)撞向工件，在設(shè)置起點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意終點(diǎn)與起點(diǎn)的連線必須在工件之外，不能跟工件的任一位置交叉，否則退刀時(shí)會(huì)出現(xiàn)碰撞。特別是G70精加工循環(huán)指令的起點(diǎn)位置更應(yīng)該注意，在對(duì)指令走刀路線不熟悉的情況下，建議將G70的起點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)在其它粗加工循環(huán)指令的起點(diǎn)位置上。
“G92”指令執(zhí)行之后，系統(tǒng)默認(rèn)的走刀速度是每轉(zhuǎn)一個(gè)螺距的速度，所以“G92”后面若緊跟“G01”或“G02”等指令，必須重新設(shè)置F值，不然在高速啟動(dòng)主軸的情況下，系統(tǒng)按螺紋加工的走刀速度執(zhí)行，會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一種是機(jī)床不動(dòng)，伺服系統(tǒng)報(bào)警；第二種是刀具移動(dòng)速度非常快（大于G0），造成撞車事故。同時(shí)，普通螺紋加工時(shí)刀具起點(diǎn)位置要相同，“X”軸起點(diǎn)終點(diǎn)坐標(biāo)要相同，避免亂扣和錐螺紋產(chǎn)生。
總之，掌握數(shù)控車床的編程技不但能很好地提高經(jīng)驗(yàn)交流加工效率、加工質(zhì)量，更能避免加工中出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。這需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高，從而使編程、加工能力進(jìn)一步加強(qiáng)，更進(jìn)一步提高編程安全。
（4）程序的調(diào)試階段
養(yǎng)成不急不躁的調(diào)試心理。在調(diào)試新程序時(shí)，要養(yǎng)成不急不躁的調(diào)試心理。在調(diào)試前，一定要從頭到尾仔細(xì)檢查程序的正確性。此時(shí)，數(shù)控車床產(chǎn)生碰撞的原因有以下幾種：
①、 程序數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤有時(shí)把G01輸成G00，或X、Z值輸錯(cuò)，或者小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)錯(cuò)。所以，在程序輸入后不要急于自動(dòng)執(zhí)行程序加工，應(yīng)定下心來(lái)仔細(xì)檢查，把這些錯(cuò)誤消除。
②、 編程錯(cuò)誤。有些程序在結(jié)構(gòu)和句法上沒有錯(cuò)誤，但當(dāng)裝上工件和刀具加工時(shí)，極有可能發(fā)生碰撞。一定要檢查好刀具走的軌跡是否會(huì)發(fā)生碰撞。
③、 利用數(shù)控車床自帶的圖形模擬加工功能。一般較為先進(jìn)的數(shù)控車床都具有圖形模擬加工功能，在自動(dòng)加工前，為避免程序錯(cuò)誤，刀具碰撞工件或卡盤，可對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行圖形模擬，檢查刀具軌跡是否正確。
④、 數(shù)控車床的圖形顯示一般為二維坐標(biāo)（XZ平面）顯示。模擬加工操作主要有：先輸入毛坯內(nèi)、外徑以及長(zhǎng)度尺寸、比例系數(shù)，選擇刀具，然后進(jìn)行模擬加工顯示，可詳細(xì)地觀察刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，以便檢查刀具與工件或夾具是否有可能碰撞。如有錯(cuò)誤，進(jìn)行修改，再模擬加工顯示，直到正確為止。
坐標(biāo)系、刀補(bǔ)的設(shè)置必須正確。一般的初學(xué)者有一錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，認(rèn)為數(shù)控車床操作簡(jiǎn)單，會(huì)編程序，程序模擬沒問題，機(jī)床基本結(jié)構(gòu)弄明白，就可以上手操作。實(shí)際上操作者在沒有把機(jī)床坐標(biāo)系（參考點(diǎn)）、編程坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系完全理解的情況下操作數(shù)控車床是非常危險(xiǎn)的。機(jī)床坐標(biāo)系是CNC進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算的基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)，是機(jī)床固有的坐標(biāo)系統(tǒng)，參考點(diǎn)為機(jī)床上一固定點(diǎn)，參考點(diǎn)由安裝在機(jī)床上的零點(diǎn)開關(guān)決定，機(jī)床系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作，機(jī)床坐標(biāo)系就建立了。工件坐標(biāo)系是編寫加工程序時(shí)使用的坐標(biāo)系，是為了方便編程在零件圖樣上設(shè)定的直角坐標(biāo)系，一般情況下，將Z軸與工件軸線重合，X軸則設(shè)在工件端面上。工件坐標(biāo)系是加工工件時(shí)使用的坐標(biāo)系，理論上應(yīng)該與編程坐標(biāo)系一致，能否讓工件坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系一致，是操作中設(shè)置工件坐標(biāo)系及刀補(bǔ)值的關(guān)鍵。
養(yǎng)成規(guī)范的調(diào)試動(dòng)作。主要包括以下幾點(diǎn)：
①、 調(diào)試程序時(shí)必須把G00速度選擇開關(guān)打在F0擋上，讓刀具以較慢的速度靠近工件，否則，一旦刀偏有錯(cuò)，刀具從換刀點(diǎn)以G00方式極快地運(yùn)動(dòng)到進(jìn)刀點(diǎn)時(shí)，可能會(huì)與工件發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞，讓操作者無(wú)所適從，來(lái)不及排除險(xiǎn)情；相反，讓刀具以較慢的速度靠近時(shí)，即使刀偏有誤，操作者也有充裕的時(shí)間給予調(diào)整。
②、 在調(diào)試程序時(shí)，必須使數(shù)控車床處于單步執(zhí)行的狀態(tài)。操作者在數(shù)控車床執(zhí)行上一程序段后，必須再次檢查下一程序段的正誤性和合理性，并相應(yīng)作出調(diào)整。
③、 數(shù)控車床在運(yùn)動(dòng)過程中，操作者必須時(shí)刻觀察屏幕上刀具坐標(biāo)的變化和程序中的運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)坐標(biāo)與刀具實(shí)際運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)是否一致。
④、 程序調(diào)試過程中，操作者可將一只手指放在循環(huán)啟動(dòng)按鈕上，另一只手指放在循環(huán)保持按鈕邊，以便在緊急時(shí)刻能及時(shí)停止程序的執(zhí)行。同時(shí)，時(shí)刻記住緊急按鈕的位置，以便不時(shí)之需。
在啟動(dòng)機(jī)床時(shí)，一般要進(jìn)行機(jī)床參考點(diǎn)設(shè)置。機(jī)床工件坐標(biāo)系應(yīng)與編程坐標(biāo)系保持一致，如果出錯(cuò)，車刀與工件碰撞的可能性就非常大。此外，刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置必須正確，否則，要么是空加工，要么是發(fā)生碰撞。
（5）程序的調(diào)試階段
利用計(jì)算機(jī)模擬仿真功能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工教學(xué)的不斷擴(kuò)大，數(shù)控加工模擬仿真系統(tǒng)越來(lái)越多，其功能日趨完善。因此可用于初步檢查程序，觀察刀具的運(yùn)動(dòng)，來(lái)確定是否有可能發(fā)生碰撞。
利用數(shù)控車床自帶的圖形模擬加工功能。一般較為先進(jìn)的數(shù)控車床都自具有圖形模擬加工功能，在自動(dòng)加工前，為避免程序錯(cuò)誤，刀具碰撞工件或卡盤，可對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行圖形模擬，檢查刀具軌跡是否正確。
4. 嚴(yán)格遵守操作規(guī)程
降低數(shù)控設(shè)備的操作事故應(yīng)不僅要從從管理、工藝、培訓(xùn)、監(jiān)督檢查等多環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)防，根據(jù)多年從事數(shù)控的經(jīng)驗(yàn)和眾多案例的研究，我們總結(jié)出以下數(shù)控機(jī)床預(yù)防操作事故規(guī)程，可以對(duì)操作事故的預(yù)防起到積極的指導(dǎo)作用。
①、 數(shù)控設(shè)備定人定機(jī)操作，未取得資格前不得操作設(shè)備。
②、 兩個(gè)以上人員操作設(shè)備時(shí)必須做好協(xié)商交接工件，嚴(yán)禁未經(jīng)操作人員同意擅自更換設(shè)備狀態(tài)。
③、 操作人員應(yīng)不斷加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，不斷提高責(zé)任心。
④、 首件加工前必須仔細(xì)檢查程序，并經(jīng)單段加工試驗(yàn)后方可進(jìn)行自動(dòng)加工。
⑤、 對(duì)程序和數(shù)據(jù)修改后必須嚴(yán)格檢查，并按首件加工步驟執(zhí)行。
⑥、 對(duì)編程中的坐標(biāo)原點(diǎn)及換刀點(diǎn)的選擇必須做到安全第一、萬(wàn)無(wú)一失。
⑦、 合理選用切削參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、切削量、進(jìn)給量等，杜絕超負(fù)荷使用設(shè)備。
⑧、 嚴(yán)格檢查工件毛坯，對(duì)于毛坯外形過大(或過小)者必須預(yù)先處理。
⑨、 工件、道具裝夾必需方式、位置合理，夾緊力調(diào)節(jié)恰當(dāng)。
⑩、 刀柄裝夾必需牢固可靠。
⑪、 操作中必需謹(jǐn)慎細(xì)心，嚴(yán)防手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床時(shí)發(fā)生碰撞。
⑫、 設(shè)備出現(xiàn)異?；蜃曹囀鹿?，必須立即通知維修人員檢查設(shè)備狀況，不得隱瞞拖延。
⑬、 未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)和認(rèn)可，嚴(yán)禁調(diào)整和修改機(jī)床參數(shù)。
⑭、 認(rèn)真切實(shí)按照操作說明每日按時(shí)保養(yǎng)設(shè)備，如實(shí)填寫設(shè)備點(diǎn)檢表。
5. 結(jié)束語(yǔ)
以上從數(shù)控車床使用的全過程，介紹了發(fā)生碰撞的各種影響因素原因及解決辦法。數(shù)控車床碰撞安全事故應(yīng)以預(yù)防為主，作為機(jī)床操作者應(yīng)熟悉數(shù)控系統(tǒng)的各種操作，掌握系統(tǒng)功能鍵，達(dá)到熟練操作，減少失誤。
麗馳機(jī)械
臺(tái)灣加工中心
廣東大川
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