基于職業(yè)技能鑒定實踐考核的數(shù)控編程策略研究

廖玉松，韓 江

（1.滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械與汽車工程系，安徽 滁州239000；2.合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥 230003）

1 引言

今年，國家勞動和社會保障部發(fā)布了6號令，數(shù)控銑床操作工屬于規(guī)定持證上崗的91個工種之一，參加數(shù)控銑床職業(yè)技能鑒定的人將會越來越多。本文以數(shù)控銑床高級工實操考核為例，根據(jù)作者多年現(xiàn)場考評的經(jīng)驗，深入研究數(shù)控銑床手工編程的技巧，分析應(yīng)試策略，以便給數(shù)控銑床考工、考級人員提供一些啟發(fā)和幫助。

2 實操加工零件及數(shù)控工藝分析

2.1 實操零件圖和加工要求

圖1所示為數(shù)控銑床高級工實操考核零件圖。毛坯尺寸為201×161×31，材料45鋼，毛坯磨出了長、寬、高三個方向基準(zhǔn)，完成任務(wù)時間210分鐘。

圖1 加工零件圖

2.2 零件數(shù)控加工工藝分析

要能在規(guī)定時間內(nèi)完成任務(wù)，通過實操考核，就得做好以下幾個方面的工作：

2.2.1 分析零件圖 正確分析零件圖是編程的前提和基礎(chǔ)。一張完整的零件圖，主要有四個方面的內(nèi)容，即一組視圖、一組尺寸、技術(shù)要求和標(biāo)題欄。通過視圖分析，想象出零件的形狀結(jié)構(gòu)；通過尺寸分析，搞清楚尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)，哪些是定形尺寸，哪些是定位尺寸，尺寸標(biāo)注是否完整，有無漏標(biāo)；分析技術(shù)要求主要搞清楚尺寸公差、形位公差、表面粗糙度及熱處理要求；分析標(biāo)題欄，了解要加工零件的名稱、材料、數(shù)量等。

2.2.2 正確安排數(shù)控加工工藝路線

數(shù)控加工工序安排的總的原則是：

（1）基準(zhǔn)先行 選為精基準(zhǔn)的表面，應(yīng)先進(jìn)行加工，以便為后續(xù)工序提供可靠的精基準(zhǔn)。

（2）先粗后精 各表面均應(yīng)按照粗加工——半精加工——精加工順序依次進(jìn)行，可以逐步提高加工精度和降低表面粗糙度，精加工時要“先光底，后光壁，光底壁要留”，即先光底面，后光壁面輪廓，光底面時，留出壁面輪廓余量。

（3）先主后次 先加工主要表面，后加工次要表面。次要表面常穿插進(jìn)行，一般安排在主要表面達(dá)到一定精度之后，最終精加工之前進(jìn)行[1]。

（4）先面后孔 對于箱體、支架、連桿和機體類工件，一般應(yīng)先加工平面后加工孔。這是因為先加工好平面后，就能以平面定位加工孔，定位穩(wěn)定可靠，保證平面和孔的位置精度。

2.2.3 正確選擇刀具 數(shù)控銑床上所采用的刀具要根據(jù)被加工零件的材料、幾何形狀、表面質(zhì)量要求、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量等，選擇剛性好、耐用度高的刀具。數(shù)控加工中刀具材料盡可能選擇硬質(zhì)合金，刀具直徑按由大到小的原則用刀。選擇刀具類型主要依據(jù)被加工零件的幾何形狀：

（1）加工曲面類零件時，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切，而避免刀刃與工件輪廓發(fā)生干涉，一般采用球頭刀，粗加工用圓鼻刀或兩刃銑刀。

（2）銑較大平面時，為了提高生產(chǎn)效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片鑲嵌式盤形面銑刀。

（3）銑小平面或臺階面時，一般采用通用銑刀。

（4）銑鍵槽時，為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀。

（5）孔加工時，可采用中心鉆、鉆頭、鉸刀及鏜刀等孔加工類刀具。

2.2.4 切削用量的選擇 在教課書上粗加工切削用量的選擇一般選擇大切深，較大進(jìn)給，低轉(zhuǎn)速，較快的去除工件多余材料。而在實際加工時，為了充分發(fā)揮數(shù)控機床的高速高進(jìn)的特點，粗加工切削用量的選擇一般選擇小切深，大進(jìn)給，較高轉(zhuǎn)速，較快的去除工件多余材料，這樣加工效率高且能較好保護刀具。精加工時為了保證工件表面粗糙度，一般采用高轉(zhuǎn)速，小進(jìn)給，小切削深。同時注意刀具直徑大轉(zhuǎn)速低，進(jìn)給快；刀具直徑小轉(zhuǎn)速高，進(jìn)給慢。

3 手工編程策略分析

3.1 編程原點的選擇

理論上編程原點選在零件上的任何一點都可以，但實際上，為了換算尺寸盡可能簡便，減少計算誤差，應(yīng)選擇一個合理的編程原點，編程原點的選擇原則[2]：

（1）所選的編程原點應(yīng)使程序編制簡單；

（2）編程原點應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置；

（3）編程原點選在加工時檢驗方便、可靠的位置；

（4）編程原點應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上；

（5）編程原點應(yīng)便于坐標(biāo)值的計算。

圖1零件的編程原點應(yīng)設(shè)置在左下角角點處，便于坐標(biāo)值的計算，容易找正、便于確定零件加工原點的位置。

3.2 靈活使用M99和增量坐標(biāo)G91指令

對于圖1加工工件上表面以保證30±0.02高度尺寸和表面粗糙度Ra1.6，多數(shù)考工用JOG手動加工，但JOG手動加工效率低，且難以保證加工精度。這時可靈活使用M99和增量坐標(biāo)G91指令編制光面程序，M99指令在主程序中構(gòu)成死循環(huán)，增量坐標(biāo)G91，表示目標(biāo)點的坐標(biāo)相對于當(dāng)前點的坐標(biāo)增量，光面程序為O1，如圖2所示。光面時，用D25R5刀桿刀對工件上表面，用相對坐標(biāo)進(jìn)行Z向清零，然后移到工件左前方，下刀到相對坐標(biāo)Z-0.9位置運行O1粗加工，當(dāng)上表面粗光完成時按Reset復(fù)位健停止運行O1，然后手動抬刀，再移至粗加工進(jìn)刀點，測量高度尺寸，下刀點Z根據(jù)測量結(jié)果確定下刀深度，如粗加工上表面后測量高度尺寸為30.16，則下刀至相對坐標(biāo)為Z-1.06位置，把O1中的S1500改為S2500，F(xiàn)2000改為F400，再運行O1進(jìn)行精光上表面。利用M99，光面程序編程方便，快捷，且光面的效率高，尺寸精度和表面粗糙度很容易保證，同時機床在自動光面時，操作者可以進(jìn)行后續(xù)程序的編輯，節(jié)省手動操作的時間。

圖2 光面程序

3.3 使用G52指令，便于編程坐標(biāo)的計算

局部坐標(biāo)系相當(dāng)于在原工作坐標(biāo)系中設(shè)立一個子坐標(biāo)系，這樣可以方便編程，局部坐標(biāo)系G52指令要成對使用，即建立了局部坐標(biāo)系后，使用完成后，必須取消局部坐標(biāo)系，回到原工件坐標(biāo)系下。

圖1底座編程時，對Φ50H7和20的腰形孔及4個Φ6H7孔加工時，使用G52指令，各個部分的坐標(biāo)值的計算可以按絕對直角坐標(biāo)或絕對極坐標(biāo)編程，數(shù)值計算變得非常方便。

3.4 正確使用刀具半徑補償指令

在銑床上進(jìn)行輪廓加工時，因為銑刀具有一定的半徑，所以刀具中心軌跡和工件輪廓不重合。使用刀具半徑補償在編程時不考慮刀具的實際大小，按實際輪廓編程，給編程帶來方便；用同一個程序，改變刀具的半徑補償值，可以實現(xiàn)零件的粗、精加工。

數(shù)控裝置大都具有刀具半徑補償功能，為程序編制提供了方便。當(dāng)編制零件加工程序時，只需按零件輪廓編程，使用刀具半徑補償指令，并在控制面板上用鍵盤(CRT/MDI)方式，人工輸入刀具半徑值，數(shù)控系統(tǒng)便能自動計算出刀具中心的偏移量，進(jìn)而得到偏移后的中心軌跡，并使系統(tǒng)按刀具中心軌跡運動[3]。

G41為刀徑左補償，G42為刀徑右補償。刀補位置的左右應(yīng)是順著編程軌跡前進(jìn)的方向進(jìn)行判斷的，刀具在輪廓的左邊即左補償G41，若刀具在輪廓的右邊即為右補償G42，G40為取消刀補，機床初始狀態(tài)應(yīng)設(shè)為G40，G41或G42必須與G40成對使用。刀具半徑補償值必須小于最小內(nèi)圓弧半徑值，當(dāng)給定程序的圓弧半徑小于刀具半徑補償值時，這時機床報警并停止在將要過切語句的起始點上。

3.5 熟練編制子程序

為了簡化程序的編制，當(dāng)一個工件上有相同的加工內(nèi)容時，常用調(diào)子程序的方法進(jìn)行編程。子程序的編號與一般程序基本相同，只是程序結(jié)束字為M99表示子程序結(jié)束，并返回到調(diào)用子程序的主程序中。使用子程序可以使復(fù)雜程序結(jié)構(gòu)明晰，程序簡短，增強數(shù)控系統(tǒng)編程功能。

子程序編制時，盡可能做到首尾路徑閉合，以便多次調(diào)用子程序；在子程序中，盡可能不要出現(xiàn)F、S、T、D等非加工類指令，子程序中只定義走刀路徑；子程序編制時，盡量采用增量坐標(biāo)方式編程，以便于相同輪廓、不同位置輪廓的多次調(diào)用[1]。

3.6 巧妙使用宏程序編程

如前所述，為了充分發(fā)揮數(shù)控機床的高速高精度的特點，粗加工切削用量的選擇一般選擇小切深，大進(jìn)給，較高轉(zhuǎn)速，較快的去除工件多余材料，這樣一般手工編程程序會很長，輸入工作量就會很大，同時不便于檢查和調(diào)整。這時采用宏程序（變量編程），只需要改動幾個變量就可以了，沒有必要進(jìn)行大量重復(fù)編輯工作。

對于Φ50H7盲孔粗加工采用了G52建立局部坐標(biāo)系，宏程序，調(diào)用子程序，刀具半徑補償進(jìn)行編程，編程計算方便，程序結(jié)構(gòu)緊奏，加工效率高，便于檢查和調(diào)整。用D12立銑刀，進(jìn)行半精加工和精加工時只要改變主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，調(diào)用子編程O10，改變刀具補償值，就可以完成。對20的腰形孔采用同樣的編程格式，很快完成這部分的加工內(nèi)容，且能保證加工質(zhì)量。

3.7 正確使用極坐標(biāo)編程

極坐標(biāo)編程可以大大減少編程計算，一般圖形尺寸以半徑與角度形式標(biāo)注的零件以及圓周分布的孔類零件比較適合。G16建立極坐標(biāo)系，在G90模式下此時系統(tǒng)自動將工件坐標(biāo)系的直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)系，G15取消極坐標(biāo)系，在G90模式下系統(tǒng)將工件坐標(biāo)系的極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)系[1]。圖1底座上4個Φ6H7分布在Φ50上，只給圓心和水平方向夾角，且角度不是特殊角，計算孔的中心直角坐標(biāo)非常不便，這時用G52局部坐標(biāo)系和極坐標(biāo)G16指令聯(lián)用編程就非常方便。對4個Φ 6H7點孔編程，編程時坐標(biāo)值不需要做任何換算，根據(jù)圖紙直接獲得，數(shù)值計算變得非常簡單。對于鉆底孔和鉸孔只需改變O3程序中主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給和循環(huán)指令即可。

4 結(jié)束語

考生在參加數(shù)控銑床職業(yè)技能鑒定時，不僅要能熟練操作數(shù)控機床，而且要能夠正確安排加工工藝，選擇好刀具，掌握手工編程技巧。特別是要養(yǎng)成文明生產(chǎn)的習(xí)慣，如工件加工任務(wù)完成后，一定要及時清掃機床，給機床加油及正確關(guān)機，把工件擦干凈，必須去除工件上的毛刺后才能上交，以確保文明生產(chǎn)的10分指標(biāo)拿到。只有做到這些，才能按時完成任務(wù)，保證加工質(zhì)量，順利通過實操考核。

[1]廖玉松.數(shù)控加工技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013：121-346.

[2]黃昊.數(shù)控銑床編程與技能訓(xùn)練[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：57-136.

[3]羅晟然.刀具半徑補償在SINUMERIK數(shù)控銑削加工中的靈活運用 [J].機械制造與自動化，2008，37（2）:43-44，47.