基于數(shù)控銑削教學(xué)中宏程序的應(yīng)用分析

莊金雨

在職業(yè)院校的機械加工實踐教學(xué)中，數(shù)控銑削實踐教學(xué)是一個非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。宏程序在數(shù)控銑削編程中具有突出的作用，且其加工程序?qū)?shù)學(xué)建模有一定的要求，在學(xué)生理解建模的思想以后就容易掌握，在實踐教學(xué)中將具有良好的應(yīng)用效果。本文對宏程序在數(shù)控銑削加工及實踐教學(xué)中的典型應(yīng)用進行詳細(xì)介紹，提出編程技巧并應(yīng)用于數(shù)控教學(xué)，對提高學(xué)生技能水平和知識水平有較大的促進作用。

一、數(shù)控銑削加工中典型加工類型相關(guān)知識介紹

1.平面銑削加工介紹

平面銑削是指在水平切削層上創(chuàng)建刀位軌跡，去除工件表面的材料余量達到某一高度并實現(xiàn)一定表面質(zhì)量加工要求的加工方式。在工件平面銑削加工中，常用的銑削方法包括立銑刀周銑與面銑刀端銑兩種。在實踐工作中，對于平面銑削而言，端銑的方式往往具有更為高效的表現(xiàn)，而且其銑削質(zhì)量及生產(chǎn)效率都比周銑高，因此在實際的平面銑削加工中，通常采用端銑的方式。此外，結(jié)合加工工件的平面面積，通常小面積工件多采用立銑刀端銑，而大面積工件則多采用面銑刀。相對于立銑刀周銑，端銑的銑削振動較小，工作較為平穩(wěn)，銑刀使用壽命較長。

2.凸臺銑削零件加工介紹

在數(shù)控加工教學(xué)中，零件的平面加工是學(xué)生銑床操作加工的基礎(chǔ)，是學(xué)生掌握數(shù)控銑削加工技能的根本。隨著教學(xué)的推進，在平面銑削的基礎(chǔ)上，學(xué)生需要適應(yīng)多種復(fù)雜零件的數(shù)控銑削加工，其中凸臺銑削零件加工是典型代表，是學(xué)生實現(xiàn)數(shù)控銑削加工技能提升的表現(xiàn)。在實踐教學(xué)中，學(xué)生教學(xué)實踐中所用的典型凸臺零件主要由凸臺、外輪廓、凹槽以及孔組成，其中零件的凸臺部分經(jīng)常利用數(shù)控宏程序進行加工，采用一般的平面銑削方法已經(jīng)無法實現(xiàn)橢圓面及拋物面的加工成型。在凸臺零件加工的實踐教學(xué)中，刀具選擇、毛坯選擇、切削用量等工藝參數(shù)需要結(jié)合實際教學(xué)要求與目的而確定，其中切削用量的確定則要結(jié)合加工的精密度而定，加工的精密度包括粗加工、半精加工、精加工。

二、宏程序相關(guān)知識

在數(shù)控加工領(lǐng)域，宏程序簡單來說就是利用公式來加工零件的方式，即為實現(xiàn)零件數(shù)控加工而編制的一組以子程序的形式儲存并帶有宏變量的程序，其中宏變量是指在程序的運行過程中隨時發(fā)生變化的量。宏程序一般分為A類宏與B類宏，B類宏是以直接的公式與語言輸入的，可以直接通過面板上的“+、-、×、÷”表示，操作直觀、方便。而A類宏則是以G65 HxxP#xxQ#xxR#xx的格式輸入的，主要運用H代碼表示，變成操作相對較為繁瑣，在目前的宏程序編程中基本淘汰。相對與普通程序而言，宏程序具有其獨特的特點。宏程序在實際運行中能夠以變量的方式來描述進程，能夠通過對變量進行賦值和運算來應(yīng)對復(fù)雜的零件加工，其加工運行更加靈活、方便。

宏程序的編寫通常是按照一定的流程來實現(xiàn)的，需要結(jié)合零件的幾何特性來確定最為合理的算法，最終通過宏程序來實現(xiàn)算法。比如以實踐教學(xué)中的典型凸臺銑削零件加工為例，宏程序的編寫流程為：開始→常量賦值→工件坐標(biāo)系偏置到橢圓曲線對稱中→給自變量Z賦初值→計算坐標(biāo)值→機床沿直線移動到點（X、Z）→變量遞增→是否到終點（N，回到計算坐標(biāo)值步驟重新開始）→取消局部工件坐標(biāo)系偏置（Y）。

三、二次曲面逼真算法宏程序在典型數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用實驗

在數(shù)控銑削加工中，除常見的平面銑削加工之外，還經(jīng)常會遇到各種類型的非平面銑削加工，其中二次曲面以及其所構(gòu)成的多面體是典型代表，二次曲面中球面又最為常見。

1.凸球面加工

在凸球面銑削加工的教學(xué)實踐中，選擇凸球面零件的球面直徑為R（#1），立銑刀半徑為r（#2），球面起始角度為（#3），球面的終止角度為（#4）。在工件的銑削加工開始前，其坐標(biāo)原點在球面最高點，結(jié)合凸球面工件的實際尺寸，選擇a×a×h尺寸的毛坯（a≥2R）。在實驗教學(xué)中，將凸球面的銑削加工分為粗加工與精加工兩個部分進行。

在球面粗加工部分，立銑刀半徑選擇為r，z向坐標(biāo)為自變量，自上而下等高方式逐層去除余量法；在平面與球面較截線由外及內(nèi)去除余量，走刀方式為G02，x向左邊為自變量。在宏程序編寫選擇中，有兩種循環(huán)算法，一是由外向內(nèi)進給一步來判斷是否接觸球面，然后決定下一步；二是結(jié)合工件及加工參數(shù)計算出循環(huán)次數(shù)，然后由外向內(nèi)去除余量。確定算法之后，本文選擇第二種算法進行變量分配，然后進行宏程序編制，最后進行走刀加工實踐。凸球面精加工時，同樣采用立銑刀，其半徑為r，以極角為自變量采用自下而上水平環(huán)繞加工，煤層以G02方式走刀。之后同樣進行變量分配與宏程序編寫，進而完成教學(xué)實踐。

2.凹球面加工

在凹球面銑削加工教學(xué)實踐中，凹球面銑削加工與凸球面銑削加工具有相似之處，宏程序的基本編制流程大體相似，首先對加工零件進行銑削分析，其內(nèi)容包括球面與各平面的交截線方程，自變量選擇與余量去除，以及循環(huán)算法的選擇等；其次在確定好算法之后進行變量分配，即#1～#17，分別代表不同的變量；再次結(jié)合變量分配的結(jié)果進行程序編制；最后宏程序編制完成之后，對凹球面工件進行銑削加工，并觀察加工過程中走刀路線，以及加工完成后的工件形狀。銑削加工參數(shù)分析中，主要涉及兩個方程，即球面與y=0平面的交截線方程，以及球面與平面的交截線方程，分別為： 。

3.多面體加工

一般而言，多面體工件多由平面與二次曲線面構(gòu)成，同樣適用于二次曲面逼真算法宏程序。在實驗教學(xué)中，多面體工件的選擇通常是包含平面與球面，因此其數(shù)控銑削加工過程與宏程序編寫方式是平面銑削與球面銑削的疊加。在多面體銑削加工中，采用自上而下、自外向內(nèi)的周切方式，結(jié)合多面體的具體形狀，通常分為三段來完成。在多面體銑削加工宏程序編制前的分析中，需分析各交截線的幾何尺寸以及其變化規(guī)律，具體參數(shù)選擇包括側(cè)面斜率，底、頂與側(cè)面過度圓角的圓心角度數(shù)，以及錐底部分過度圓角的半徑縮小率等。之后進行變量分配、宏程序編制，以及工件加工實驗中走刀線路觀察與工件加工后的形狀。

四、宏程序在數(shù)控銑削教學(xué)中的應(yīng)用

通過對各種加工工件的銑削加工教學(xué)實踐以及實踐分析可知，無論是平面銑削還是二次曲面銑削，其加工方法多種多樣，并且由其組成的多面體數(shù)控銑削加工是在兩種基本加工工藝的基礎(chǔ)上演變而來的。在教學(xué)中，學(xué)生可采用多種方式進行實驗操作，并對操作及結(jié)果進行比較。

在實踐教學(xué)中，學(xué)生可采用的基礎(chǔ)方法包括三種。一是采用M98循環(huán)指令，結(jié)合工件的偏置量參數(shù)指導(dǎo)學(xué)生重點計算出循環(huán)次數(shù)與嵌套。在循環(huán)指令編寫與操作體驗中，應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識其與宏程序的異同，包括節(jié)點的計算選擇。二是采用軟件自動編程，這需要學(xué)生對銑削加工的過程進行建模，需要學(xué)生掌握一定的軟件操作能力，尤其是以宏程序為基礎(chǔ)，并輔以軟件的編程能力。這對于學(xué)生知識技能的提升具有極大的幫助。三是體驗競賽教學(xué)，通過教師提前進行的實驗演示以及基礎(chǔ)知識教學(xué)，當(dāng)學(xué)生掌握一定程度之后，讓學(xué)生在機床上進行課內(nèi)體驗和競賽，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。這對于學(xué)生的宏程序編寫操作能力具有很大的提升。

（作者單位：江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校）