數(shù)控銑床加工教學(xué)中應(yīng)重視的若干環(huán)節(jié)

劉利均

（杭州汽車(chē)高級(jí)技工學(xué)校 浙江 杭州310010）

數(shù)控銑床技能訓(xùn)練對(duì)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力并盡快適應(yīng)畢業(yè)后的工作崗位起著舉足輕重的作用。 在數(shù)控銑床技能訓(xùn)練過(guò)程中， 筆者進(jìn)行了梳理和總結(jié)，整理出在教學(xué)中應(yīng)重視的若干環(huán)節(jié)，供同行參考。

力求統(tǒng)一規(guī)范的編程格式

對(duì)熟練掌握編程技術(shù)的人，在能保證加工精度和設(shè)備使用壽命的前提下，程序越簡(jiǎn)短越顯功底。 但面對(duì)初學(xué)數(shù)控加工知識(shí)的學(xué)生，教師應(yīng)該在編程格式上做出明確和規(guī)范的要求，否則容易造成事故。 建議在教學(xué)中指定幾種相對(duì)精練的、簡(jiǎn)潔的編程格式，作為范本統(tǒng)一格式。 這樣，可以減少學(xué)生犯錯(cuò)，并方便指導(dǎo)教師檢查程序。 以FANUC 系統(tǒng)為例，以下編程格式可作參考。

oxxxx；

N10（G40G49G21G17G80G69）；

N20 G55G90；

N30 M03S_；

N40 G01Z50F（500-1000）；

N50 X0Y0；

N60…

…

N100 G01Z（50-100）F（500-1000）；

N110 M05；

N120 G01G28Y0；

N130 M30；

N10 程序段中括號(hào)后面的G 指令可根據(jù)教學(xué)進(jìn)度選擇。如果教學(xué)內(nèi)容中只使用一些簡(jiǎn)單的G01、G02/03 等插補(bǔ)指令時(shí)， 可不使用G49、G50、G17、G80、G69等學(xué)生暫時(shí)無(wú)法理解、教師也很難講清楚的指令。 如教學(xué)內(nèi)容中涉及刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，則要求在首個(gè)程序段中使用G40 指令；涉及旋轉(zhuǎn)指令G68，就要求使用G69 指令。在教學(xué)中，教師必須時(shí)常強(qiáng)調(diào)：“自己的程序自己清理干凈，用什么取消什么。 ”

N40 程序段中，學(xué)生初次操作時(shí)，盡量使用G01，而非G00。因?yàn)镚00 快速點(diǎn)定位移動(dòng)得速度非?？欤绕涫强焖俦堵蕮跷惠^高時(shí)，如果程序錯(cuò)誤，留給操作者反映的時(shí)間很短，很容易引發(fā)事故。故最好要求初學(xué)者統(tǒng)一用進(jìn)給量較大的G01，如G01Z50F（500-1000），禁用G00，這樣，既安全，又不費(fèi)時(shí)，更可以讓學(xué)生建立起“使用合理進(jìn)給量”的概念，一舉多得。

N50 程序段中的G01X0Y0，一方面，可以觀察對(duì)刀的準(zhǔn)確與否；另一方面，一些因補(bǔ)償指令或循環(huán)指令沒(méi)有取消導(dǎo)致出錯(cuò)，一般都在第一個(gè)G01 插補(bǔ)時(shí)出問(wèn)題，所以多寫(xiě)這一段大有益處。

N60～N90 程序段中的進(jìn)給率F 可以根據(jù)所用的材料與刀具的直徑、刀具的種類(lèi)加以選擇。

N120 程序段中增加G28Y0，指經(jīng)過(guò)中間點(diǎn)Y0（工件坐標(biāo)系中的Y0）返回參考點(diǎn)，好處是程序結(jié)束前讓工作臺(tái)往操作者方向移動(dòng)，便于操作者的測(cè)量和裝卸。

重視考件的銑削

數(shù)控銑床上常用的考件一般為平直六面體，各平面之間一般都有平行度和垂直度的要求（見(jiàn)圖1）。 六面體的銑削，看似簡(jiǎn)單，卻非常重要，所以，六面體（考件）的銑削應(yīng)作為一個(gè)獨(dú)立的基本訓(xùn)練項(xiàng)目。 避免出現(xiàn)學(xué)生銑削考件不規(guī)范， 甚至偏離正確的工藝原則的情況。

圖1 平直六面體銑削示意圖

平直六面體的銑削蘊(yùn)含了較深的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 涉及工件的裝夾、工量具，如百分表的使用、基準(zhǔn)的選擇、手動(dòng)、機(jī)動(dòng)進(jìn)給方法等方方面面的知識(shí)，建議從銑削工藝角度分析操作的原因，規(guī)范學(xué)生的銑削工藝。 以下是我校技能訓(xùn)練中的六面體的銑削方法：（1） 將工件、墊鐵、臺(tái)虎鉗表面（包括鉗口）用棉紗擦拭干凈，如有毛刺用油石擦凈。 （2）如圖1 中，找較大較平整的平面a 作為基準(zhǔn)，靠在臺(tái)虎鉗墊鐵上，加工上表面b。 （3）以b 面為基準(zhǔn)， 靠在固定鉗口上， 表面a 相對(duì)活動(dòng)鉗口， 在a 面和活動(dòng)鉗口之間加一個(gè)圓棒以保證工件的安裝基準(zhǔn)與固定鉗口貼合。 加工C 面。 （4）b 面靠固定鉗口，用百分表或角鐵保證c 面鉛垂。加工e 面。（5）同樣方法加工d 和f 面。 （6）加工a 面。

理順切入、切出和Z 向下刀的思路

在技能訓(xùn)練中，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題最多的就是關(guān)于刀具切入、切出以及Z 向下刀的思路混亂、隨意，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。 關(guān)于這類(lèi)問(wèn)題，筆者建議進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練，給初學(xué)者一套行之有效的“模板”參考，幫助學(xué)生理清編程思路。

（一）數(shù)控銑床考慮刀具的切入、切出路線(xiàn)

刀具的切出或切入點(diǎn)應(yīng)在沿零件輪廓的切線(xiàn)上或者延長(zhǎng)線(xiàn)上，以保證工件輪廓光滑，避免在工件外輪廓法向進(jìn)、退刀而產(chǎn)生刀具刻痕、劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過(guò)程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕。 結(jié)合刀具半徑補(bǔ)償（G41/G42），以圖2、圖3 為例，分析切入、切出方法及加刀補(bǔ)的方法。

圖2 襯板的下刀示意圖

圖3 襯板的切入、切出示意圖

1.如圖3，外輪廓銑削。 順時(shí)針切削，起刀點(diǎn)為O點(diǎn)，在OA 段建立刀具半徑補(bǔ)償（G41），然后切入工件。 沿封閉輪廓走完一刀后，切出到M 點(diǎn)，在MO 段取消刀具半徑補(bǔ)償（G40）。 粗、精加工均可用，使得切入切出過(guò)程清晰，有條不紊。

2.內(nèi)腔銑削（R25 內(nèi)圓柱面）。 粗加工時(shí)，形狀簡(jiǎn)單或規(guī)則的內(nèi)腔可不加刀具半徑補(bǔ)償用環(huán)切走刀方式進(jìn)行銑削。 可按圖2 中的方式進(jìn)行銑削：在對(duì)稱(chēng)中心下刀，使用合理的環(huán)切間距（不得大于或等于銑刀直徑），直到內(nèi)腔殘料全部切除。

精加工時(shí)，可按圖3 中的方式進(jìn)行銑削：順時(shí)針?lè)较蜃叩稌r(shí)，因半徑補(bǔ)償?shù)慕⑴c取消只能在G01 或G00 一定指令模式下才有效， 可在SQ 直線(xiàn)段建立刀具半徑補(bǔ)償（G42），沿QP 段圓弧切入；并在PQ 圓弧段切出，QS 直線(xiàn)段上取消刀具半徑補(bǔ)償G40。此外，要注意引入的線(xiàn)段必須是光滑過(guò)渡的圓弧，如果切入時(shí)（順時(shí)針走刀）， 用PQ 線(xiàn)段引入， 會(huì)使在P 點(diǎn)發(fā)生過(guò)切，使工件報(bào)廢。 切出時(shí)用PQ 段切出，也會(huì)使P 點(diǎn)發(fā)生過(guò)切。

（二）刀具半徑補(bǔ)償和Z 向下刀的順序

刀具半徑補(bǔ)償和Z 向下刀的順序問(wèn)題，在加工工藝上沒(méi)有明確要求。 技能訓(xùn)練中自由發(fā)揮的余地較大，同時(shí)犯錯(cuò)的系數(shù)也變大，所以應(yīng)該對(duì)之進(jìn)行規(guī)范，現(xiàn)以下頁(yè)圖4 外輪廓的銑削為例，分析如下：

1．先下刀后加刀補(bǔ)。 一般在Z 向下刀后建立刀具半徑補(bǔ)償，切入工件，切出工件后，取消刀具半徑補(bǔ)償再抬刀。

N10G40G49G69G21G17；

N20 G54G90；

N30M03S800；

N40G01Z50F800；

N45 X0Y0；

N50G01G43H2Z100F200；

圖4 刀具半徑補(bǔ)償示意圖

N60G01X-60Y20；（移動(dòng)到起刀點(diǎn)A）

N70G01Z-1F20；（Z 向下刀）

N80G01G41X-60Y0D02F100；（OA 段建立刀補(bǔ)）

N90G03X-35Y0R12.5；

（AB 段逆時(shí)針R12.5 圓弧切入輪廓）

N100G02X32.185Y-13.753R-35；

N110G03X32.855Y-18.812R5；

N120G02X15.572Y-28.333R5；

N130G03X10.858Y-25R5；

……

N600G02X-35Y0R35；

N610G03X-50Y0R12.5；（BA 段 逆 時(shí) 針R12.5 圓弧切出輪廓）

N620G01G40X-60Y20；（AO 段取消刀補(bǔ)）

N630G01Z100F100；（Z 向抬刀）

N640G01G49Z150H2F800；

N650M05；

N660G01G28Y0；

N670M30；

在教學(xué)時(shí)，強(qiáng)調(diào)先Z 向下刀，建立刀補(bǔ)，切入，走輪廓，切出，取消刀補(bǔ)，Z 向抬刀。 本方法經(jīng)常被使用，思路清晰，不易出錯(cuò)，筆者建議先下刀再加刀補(bǔ)。

2．加刀補(bǔ)后下刀。該方法先建立刀具半徑補(bǔ)償，然后Z 向下刀切入，再走輪廓，切出，Z 向抬刀，取消刀補(bǔ)。 這種方法不推薦使用。 因?yàn)榈毒甙霃窖a(bǔ)償?shù)慕r(shí)，系統(tǒng)需判斷偏置方向，會(huì)預(yù)讀包含G41/G42 語(yǔ)句下邊的兩段程序，故該兩段程序中不允許出現(xiàn)非補(bǔ)償平面內(nèi)的移動(dòng)指令， 否則就容易出現(xiàn)過(guò)切等危險(xiǎn)動(dòng)作。非補(bǔ)償平面內(nèi)的移動(dòng)指令包括：（1）只有G、M、S、T代碼的程序段， 如G90、M05；（2） 程序暫停指令，如G04P1000；（3）G17（G18/19）平面內(nèi)的Z（Y/X）移動(dòng)指令，如G17G01Z-2F20。

這種方法是先建立刀具半徑補(bǔ)償，然后Z 向下刀切入。 這樣，在包含G41/G42 語(yǔ)句下邊的兩段程序中必然有一段程序中含有G17 平面的Z 軸移動(dòng)指令，這就大大增加了連續(xù)出現(xiàn)兩段及以上非補(bǔ)償平面內(nèi)的移動(dòng)指令的概率。 也就是說(shuō)，下一段程序中不絕對(duì)不能使用非補(bǔ)償平面內(nèi)的移動(dòng)指令，否則就容易出現(xiàn)過(guò)切等危險(xiǎn)動(dòng)作。 故在教學(xué)中不推薦使用。

根據(jù)正負(fù)公差合理安排走刀路線(xiàn)

對(duì)封閉外輪廓的加工， 外輪廓上各尺寸如果是未注尺寸公差或者所注公差都是正偏差或者都是負(fù)偏差， 一般編程時(shí)可沿整個(gè)封閉輪廓一次走刀完成，高效完成外輪廓的加工。 以圖5為例，在安排走刀路線(xiàn)時(shí)，可沿著五角星的封閉輪廓走刀。

圖5 五角星的走刀示意圖

但并不是所有的零件都可以沿整個(gè)封閉輪廓連貫走刀。 在技能訓(xùn)練中，部分學(xué)生程序?qū)懙煤芡暾c(diǎn)計(jì)算也很準(zhǔn)確，但是發(fā)現(xiàn)精加工后怎么也無(wú)法同時(shí)保證某幾個(gè)尺寸。

圖6 棘輪零件圖

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣情況呢？其實(shí)就是在不能安排一次走刀完成的情況下一次走刀，才出現(xiàn)以上問(wèn)題。 在外輪廓中的尺寸公差同時(shí)出現(xiàn)正偏差和負(fù)偏差時(shí)， 就不能沿整個(gè)封閉輪廓一次走刀完成，不然，無(wú)法保證零件的精度。 如圖6 中棘輪外輪廓的加工就是如此。 通過(guò)讀圖可發(fā)現(xiàn)，4-R30mm 圓弧間距為600-0.19mm 為負(fù)偏差；4 個(gè)門(mén)字型輪廓寬度為14+0.0430mm，為正偏差。如果在安排走刀路線(xiàn)時(shí)，將這兩部分安排在一起加工，一次走刀完成外輪廓，就無(wú)法同時(shí)保證他們各自的精度，保證了負(fù)偏差就無(wú)法保證正偏差。因此，遇到同一輪廓上同時(shí)有正負(fù)差的情況，必須分兩刀加工，才能保證各自的精度。

精度是零件的生命。 “做工件就是做公差，做不出公差就是不合格品。 ”在技能訓(xùn)練中，應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生工藝分析能力，正確安排進(jìn)刀路線(xiàn)。

以上是筆者在教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的一些經(jīng)驗(yàn)。在數(shù)控銑床技能訓(xùn)練中重視以上環(huán)節(jié)，在幫助學(xué)生掌握銑削工藝，養(yǎng)成良好的編程和操作習(xí)慣，形成較好的職業(yè)素養(yǎng)方面具有一定作用。

[1]韓煥會(huì).機(jī)床加工技能訓(xùn)練[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，1996.

[2]沈建峰.數(shù)控機(jī)床編程與操作[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2005.

[3]馬慧.金屬切削加工基本技能實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.