淺談數(shù)控加工中心手工編程的簡(jiǎn)化及應(yīng)用場(chǎng)合

宋春迎

（無(wú)錫技師學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214000）

淺談數(shù)控加工中心手工編程的簡(jiǎn)化及應(yīng)用場(chǎng)合

宋春迎

（無(wú)錫技師學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214000）

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，機(jī)械制造技術(shù)經(jīng)過(guò)操作機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、電動(dòng)機(jī)與自動(dòng)控制三個(gè)階段的發(fā)展，已進(jìn)入智能化發(fā)展階段。傳統(tǒng)的普通機(jī)床已難以適應(yīng)市場(chǎng)的多樣化需求，這時(shí)數(shù)控機(jī)床逐漸取代普通機(jī)床而成為生產(chǎn)線(xiàn)的主流裝備。那么一個(gè)操作工能同時(shí)操作和監(jiān)控幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床，則是考驗(yàn)一個(gè)人的操作實(shí)力的重要標(biāo)志。要想提高操作技能水平，首先要提高編程效率，要最大效益的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的利用率。本文主要介紹數(shù)控加工中心FANUC系統(tǒng)中手工編程的基本簡(jiǎn)化和一些編程技巧，使數(shù)控手工編程優(yōu)化，程序簡(jiǎn)潔明了，段數(shù)少，加工時(shí)間短，加工質(zhì)量好，提高生產(chǎn)效率。

數(shù)控技術(shù)；加工中心手工編程；簡(jiǎn)化

在數(shù)控機(jī)床上手工編程不需要計(jì)算機(jī)、編程器等設(shè)備，只需要有合格的編程人員即可完成。手工編程具有編程快速及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是不能進(jìn)行復(fù)雜的曲面編程。手工編程比較適合批量較大、形狀簡(jiǎn)單、計(jì)算方便、輪廓由直線(xiàn)或圓弧組成的零件的加工。下面結(jié)合筆者在實(shí)習(xí)教學(xué)實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)談?wù)勅绾蝺?yōu)化手工編程的程序。

1 合理利用刀具補(bǔ)償

1.1 刀具半徑補(bǔ)償

在數(shù)控銑床進(jìn)行輪廓加工時(shí)，所用銑刀具的刀位點(diǎn)一般都在刀具的底面中心點(diǎn)處，編程軌跡是刀位點(diǎn)的移動(dòng)軌跡，銑刀本身具有一定的半徑值，所以刀具中心軌跡和工件輪廓不在一條線(xiàn)上。我們不考慮刀具半徑值，直接按照工件輪廓編程，則加工出的零件尺寸比圖樣要求小了一圈（外輪廓加工時(shí)）或大了一圈（內(nèi)輪廓加工時(shí)），即多切去一個(gè)刀具半徑。

那么，針對(duì)這種情況該如何解決呢？方法有兩個(gè)。其一，根據(jù)工件輪廓及刀具半徑值來(lái)計(jì)算刀具中心的軌跡，即程序中編制的不是工件輪廓軌跡，而是刀具的中心軌跡。

其二，數(shù)控銑床均具備了刀具半徑補(bǔ)償功能，這時(shí)只需按工件輪廓軌跡進(jìn)行編程，程序中給定刀偏方向，然后將刀具半徑值儲(chǔ)存在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)中，執(zhí)行程序時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，計(jì)算出刀具中心軌跡，從而加工出符合要求的工件形狀。 顯然第二種方法更利于程序的簡(jiǎn)化應(yīng)用半徑補(bǔ)償。

那么怎么簡(jiǎn)化程序呢？我們可以只編制一個(gè)程序，就完成整個(gè)零件的粗精加工，避免換刀重新編制程序。

半徑補(bǔ)償主要應(yīng)用于下面幾種場(chǎng)合：第一，不需要計(jì)算刀具中心軌跡，直接按照零件輪廓尺寸進(jìn)行編程；第二，刀具粗加工后或多次加工后因磨損或操作不當(dāng)斷刀換新刀而引起半徑改變后，不需要修改程序，只要將數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)表中的刀具半徑值重新輸入，即可；第三，用同一程序，同一尺寸刀具，利用刀具補(bǔ)償值，可以進(jìn)行粗精加工；第四，由于刀具半徑補(bǔ)償?shù)妮斎胫悼梢杂?位小數(shù)，所以利用刀具補(bǔ)償值控制工件輪廓尺寸精度；第五，加工模具的凹、凸模時(shí)，我們可以只用一個(gè)程序，只要改變半徑補(bǔ)償值的正負(fù)號(hào)就可以完成。

1.2 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償

在實(shí)際加工中，加工一個(gè)工件需要使用多把刀具，由于每把刀具長(zhǎng)度不同，編程時(shí)每換一把刀就要變更一個(gè)程序，這樣非常麻煩。所以我們可以選擇一把基準(zhǔn)刀，事先測(cè)出基準(zhǔn)刀具的刀尖位置和要使用的其他刀具的刀尖位置差，把測(cè)定的這些值設(shè)定在CNC中，這樣因磨損、重磨、換新刀而長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，不變更程序一樣可以加工出來(lái)。

2 拐角指令（輪廓倒圓、倒角）

如圖1所示，70 mm×70 mm的外輪廓中有兩個(gè)圓角和45 ?斜角，用G17 G01X___Y___，R或G01X Y___，C來(lái)簡(jiǎn)化程序。

……

G41 G01 X0 Y35 D1 F200；

G01 X35 Y35，R10；

G01 X35 Y-35，C10；

圖1 輪廓倒圓、倒角圖

G01 X-35 Y-35，R10；

G01 X-35 Y35， C10；

G01 X0 Y35

這種編程方式程序較短，且計(jì)算簡(jiǎn)單，但是要滿(mǎn)足一定條件才能應(yīng)用。倒圓時(shí)，必須有兩條直線(xiàn)和該圓弧相切，且兩直線(xiàn)延長(zhǎng)后相交的點(diǎn)易于計(jì)算， G01后面的“X___Y___”值就是兩直線(xiàn)交點(diǎn)的坐標(biāo)。倒角時(shí)，角度是45 ? ，G01后面的“X___Y___”值就是倒角兩直角邊延長(zhǎng)線(xiàn)交點(diǎn)的坐標(biāo)。

3 子程序

在程序中，若某一固定的加工操作重復(fù)出現(xiàn)，可把這部分操作編成子程序，事先存入到存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)需要重復(fù)調(diào)用，這樣可使程序變得簡(jiǎn)單。例：加工如圖2所示三個(gè)相同外形輪廓的零件，Z軸切深為8 mm

圖2 加工操作圖

主程序：

O0001；

G90 G54 G40 G49 G00 Z0；

G00 X0 Y0；

M03 S1000；

G43 G00 Z50 H1；

G00 X-75 Y-25；

G01 Z0 F50；

M98 P100 L3；

G90 G00 X0 Y0；

G49 G00 Z0；

M30；

子程序；

O0100；

G91 G01 Z-8；

G41 G01 X10 Y10 D1 F100；

Y30；

X30；

Y-30；

X-30；

G40 G01 X-10 Y-10；

Z8；

X50；

M99；

在實(shí)際生產(chǎn)中，其相同的部分越多，越能體現(xiàn)子程序編程的優(yōu)勢(shì)。子程序還能實(shí)現(xiàn)零件的分層切削，優(yōu)化程序。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化程序，可以讓子程序調(diào)用另一個(gè)子程序，這一功能稱(chēng)為子程序的嵌套。當(dāng)主程序調(diào)用子程序時(shí)，該子程序被認(rèn)為是一級(jí)子程序，系統(tǒng)不同，其子程序的嵌套級(jí)數(shù)也不相同。一般情況下，在FANUC-0系統(tǒng)中，子程序可以嵌套4級(jí)。

4 變量編程

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)不僅向用戶(hù)提供了一些基本的編程功能，同時(shí)為編程提供了擴(kuò)展數(shù)控功能的手段：變量編程。在編程過(guò)程中，編程人員可以靈活調(diào)用變量，對(duì)變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算。

例：在80 mm×80 mm×30 mm的鋁塊上銑一直徑為30 mm的孔

O0001；

……

Z5

#100=0

N10 #100=#100+5

G01 Z-#100；

G41G01X15Y0D1；

G03X15Y0I-15J0；

G40G01X0Y0；

IF［#100LE30］GOTO10；

G49G00Z0；

M30；

例：在80 mm×80 mm×60 mm的圓上加工一個(gè)SR15 mm的半球。

O0001；

……

G0Z2；

#100=0；

#101=90；

N10#102=30×COS［#100］； X坐標(biāo)變量

#103=30*SIN［#100］； Z坐標(biāo)變量

#104=#103-30；

G1Z［#104］F1500；

G41G1X#102Y0D1；

G2I-#102；

G40G91G1X6；

#100=#100+1 角度變化（0～90）

IF［#100LE#101］ GOTO10；循環(huán)加工球面

G90G49G0Z0；

M30；

另外，變量編程還可以編程平面銑削和孔口倒圓角、倒斜角。由此可見(jiàn)：變量編程程序功能強(qiáng)大，靈活多變，能大大縮短編程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

這樣簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)繁雜的計(jì)算量，直接用給出的坐標(biāo)點(diǎn)節(jié)能進(jìn)行編程，提高了工作率。

5 零點(diǎn)偏移

若在工作臺(tái)上同時(shí)加工多個(gè)相同零件或不同零件，他們都有各自的尺寸基準(zhǔn)，在編程過(guò)程中，為了避免尺寸計(jì)算，在FANUC系統(tǒng)中可建立G54～G59六個(gè)工件坐標(biāo)系，這6 個(gè)預(yù)定工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)可設(shè)在便于編程的某一固定點(diǎn)上，當(dāng)加工某個(gè)零件時(shí)，只要選擇相應(yīng)的工件坐標(biāo)系編制程序即可。FANUC系統(tǒng)的零點(diǎn)偏置有以下特點(diǎn)；G54～G59 六個(gè)不同的坐標(biāo)系的指令為同一組的模態(tài)代碼，該指令具有記憶功能，適用于大批量的生產(chǎn)加工，其實(shí)質(zhì)就是確定工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。

6 鏡像、旋轉(zhuǎn)、極坐標(biāo)編程

在數(shù)控銑床與加工中心的編程中，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化編程的目的，常常除了固定循環(huán)指令外，還采用了一些特殊的功能指令。如，鏡像、旋轉(zhuǎn)、極坐標(biāo)等。

鏡像：當(dāng)工件相對(duì)于某一軸具有對(duì)稱(chēng)形狀時(shí)，可

圖3 鏡像圖

以利用鏡像功能和子程序，只對(duì)工件的一部份進(jìn)行編程，就能夠加工出工件的對(duì)稱(chēng)部分，這就是鏡像的功能。

圖4 極坐標(biāo)

旋轉(zhuǎn)：該指令常用于編程圖形具有旋轉(zhuǎn)中心和某一固定角度的場(chǎng)合。

極坐標(biāo)：一些輪廓的尺寸標(biāo)注只有一個(gè)半徑和一個(gè)角度值。通常編程時(shí)終點(diǎn)坐標(biāo)用直角坐標(biāo)表示，也可以用極坐標(biāo)（半徑和角度）標(biāo)注。為了方便用戶(hù)編程，數(shù)控系統(tǒng)也允許用一個(gè)長(zhǎng)度和一個(gè)角度表示平面內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)（r，a ）。這種坐標(biāo)系稱(chēng)為極坐標(biāo)。極坐標(biāo)編程主要應(yīng)用于正多邊形、扇形槽（凸臺(tái)）以及圓上均布的孔加工。

這樣簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)繁雜的計(jì)算量，直接用給出的坐標(biāo)點(diǎn)節(jié)能進(jìn)行編程，提高了工作率。

由此可見(jiàn)，掌握各種編程方法的同時(shí)還要注意各方法的特點(diǎn)以及功能事項(xiàng)，對(duì)它有深入的了解，這樣才能有效簡(jiǎn)化數(shù)控加工的程序， 提高編程效率，最大效益的發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的利用率。

［1］ 李蓓華，主編. 數(shù)控機(jī)床操作工（高級(jí)）. 勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006.

［2］ 高鳳英，主編. 數(shù)控機(jī)床編程與操作切削技術(shù). 東南大學(xué)出版社，2004.

On the simplify and applications of manual programming of CNC machining centers

TG659

1009-797X （2015） 20-0149-04

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.049

宋春迎（1982-），女，本科，二級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)應(yīng)用。

2015-08-28