數控銑削技術理論教學探討

杲春芳

（寶雞職業技術學院，寶雞 721004）

0 引言

《數控編程》這門課是數控專業最主要的專業課之一，要求學生通過本課程學習主要掌握數控車床和數控銑床編程方法，由于車床編程中數控系統設有多種固定循環功能，編程人員只需編出最終加工路線，給出每次切削的被吃刀量或循環次數，系統就會自動生成加工路線，數控車床就會自動地重復切削直到將工件加工到要求的尺寸為止，這樣就避免了大量刀位點坐標的計算，大大簡化了編程。而銑床編程中除了孔加工有循環指令外，內外輪廓及平面加工中沒有循環指令可用，因此編程人員需要根據零件工藝要求，零件輪廓特點，自行設定加工路線和計算刀位點坐標，完成手工編程，工作量非常大。

1 問題的提出及解決的對策

對于學生只需在學習基礎的編程方法后，掌握車床中的固定循環指令格式及各代碼、參數的含義，在很短時間內就能很快掌握車床編程方法，而銑床編程中不同的零件對應了不同的工藝要求，走到路線及大量的刀位點坐標計算，許多同學認為銑床編程較難，與此同時在許多有關《數控編程》的教材中，銑床編程著重講編程指令，編程實例不是側重零件輪廓上各點坐標的計算就是單一的孔加工，學生在拿到稍復雜的零件后還是感到無從下手。

那么，如何讓學生很好的掌握銑床編程方法呢？我們可以把加工一般銑床零件的過程貫穿于教學過程中。比如一般銑床零件在加工中，工作人員拿到毛胚后首先應將毛胚表面余量去除以獲得達到一定精度要求的表面，我們可以把它稱為銑平面，接下來以加工好的表面作為基準面，加工內、外輪廓，我們可以把它稱之為挖凹槽、銑凸臺。之后如果工件上有孔，可以進行孔加工。因此，可以把銑床理論教學內容劃分為以下幾部分：

1.1 銑平面

在零件加工中，我們首先應將毛胚表面余量去除，以獲得滿足精度要求的表面作為下一步加工的基準面。在銑削平面時會遇到以下兩種情況：

1）當刀具直徑接近待加工面寬度時，可以直接利用G01直線插補指令完成平面銑削如圖1所示，當D刀＞D面時，只需一刀就能完成平面加工。

圖1 D刀＞D面示例圖

2）當刀具直徑遠遠大于待加工面寬度時，如果利用G01直線插補指令編程，需逐步計算出每一步刀位點坐標，這樣計算量大且程序較長，這種情況下可以利用行切法完成平面銑削，編程時可利用子程序調用完成程序的編制，如圖2所示，將1、2、3、4步走刀程序單獨諾列出來加以命名作為子程序，銑平面時可將該子程序調用若干次即可，利用這種方法銑平面時應注意起到點和子程序調用次數的確定。

圖2 走刀程序圖

1.2 挖凹槽、銑凸臺

我們常用數控銑床及加工中心采用銑削方式切除工件周圍的加工余量，獲得零件所需尺寸、形狀和表面粗糙度。輪廓加工分為外形輪廓加工即銑凸臺和平面型腔加工既挖凹槽。在編程時應注意以下幾點：

1）系統程序控制的總是讓刀具刀位點軌跡與零件輪廓相重，而銑刀的刀位點通常是定在刀具中心上，若編程時按工件實際尺寸來編程，不考慮刀具半徑，這樣會使刀具產生過切現象，加工出的工件尺寸不是小了（加工凸輪廓）就是大了（加工凹輪廓）。因此大部分系統都提供自動刀具補償功能，編程人員可不考慮刀具的半徑，直接按圖紙給出零件實際尺寸編寫程序在程序運行過程中，數控系統會按預先通過MDI手動輸入的偏移量，自動使刀具偏出或偏入工件輪廓一個距離，刀具中心的實際刀位點坐標是系統計算出的，這樣以來既免去編程人員繁瑣的刀位點坐標計算且系統計算精度較高，不但提高了加工精度又簡化了編程。

2）在加工凸臺或凹槽時，往往刀具走一個輪廓軌跡去除不了全部余量，需將刀具偏出或偏入工件輪廓一定距離按與輪廓相似的軌跡切削幾遍，這樣大大增加編程難度，一是精度不能保證，二是影響加工效率。利用改變刀補大小的方法編程只需按零件實際輪廓編一個加工程序，通過多次修改刀補大小，刀具會自動偏出或偏入工件輪廓一定距離去除輪廓余量，達到簡化編程目的。

3）如果凸臺或凹槽周圍余量較大，且余量分布集中，我們可以采用子程序調用的方法，去除較大余量，避免逐步編程中大量的刀位點計算，防止程序過長。例如，銑削如圖3所示加工一長方形凹槽時，槽內壁間圓弧半徑限制了刀具半徑（R內壁間圓弧≥R刀），如果要求用一把刀加工完成，刀具半徑較小，而余量面積較大，這種情況下就可以先用行切法完成大部分余量的銑削再環切一周即能簡化編程又保證了連續切削凹槽內壁達到要求的精度。

圖3 銑削過程示例圖

1.3 簡化編程方法

數控系統為簡化編程，提供了多種孔加工的固定循環功能，子程序及宏程序功能，幾何圖形鏡像，旋轉及縮放編程功能，編程時充分利用可提高編程效率。

1.3.1 孔加工

在銑床上加工零件除了進行銑削外，還可進行鉆削、鏜削或攻絲等孔加工，這些孔加工刀具都有著相同的動作，先快速定位到孔位上方，再快進到孔上方附近，然后工進到孔底，最后退刀。如果采用G00 、G01進行編程，則相同動作重復編寫，尤其是加工一組參數相同的孔系時，使程序過長，編程效率低，在FANUC-OM數控系統中，系統提供一組G代碼G80-G89，專門用于對孔進行多種形式加工，我們把這些指令稱之為固定循環功能指令。在編寫孔加工程序時，只需用一個G代碼進行定義，就可以完成一連串固定、連續的孔加工動作，簡化了編程工作，程序簡單易讀。

1.3.2 子程序

有些零件需要在不同的位置上重復加工同樣的輪廓形狀，將這一輪廓形狀的加工程序作為子程序，在需要的位置上重復調用，就可以完成對零件的加工。

1.3.3 旋轉、鏡像、縮放功能

1）旋轉功能

該功能可將編好的加工程序在加工平面內旋轉任意角度來執行。

2）鏡像功能

當工件具有相對于某一軸對稱的形狀時，可以利用鏡像功能和子程序的方法，只對工件的一部分進行編程作為子程序，然后在主程序的鏡像指令中調用，就能加工出工件的整體。

3）縮放功能

該功能可實現用同一個程序加工出形狀相同，但尺寸不同的工件。

以上三種簡化編程方法都是將工件上相同或相似部分的加工程序作為子程序，然后在主程序的相應指令中調用即可，這樣可使編程簡化，提高編程效率，節省系統存儲空間。如圖4所示零件，需在數控機床上銑削出四個腰形通孔，根據這四個腰形通孔的分布特點，可將加工第一象限的腰形通孔程序作為子程序。在主程序中即可用旋轉功能也可用鏡像功能調用來完成程序的編制。

圖4 腰形通孔分布圖

1.3.4 宏程序

隨著計算機輔助技術的快速發展，CAD/CAM軟件的使用在生產中已越來越普遍。利用CAD/CAM軟件自動生成程序可避免大量復雜坐標的計算，編程方便。但由CAD/CAM軟件自動生成的程序較長。由于數控機床系統內存有限，因此有時要采用DNC方式在線加工，而采用在線加工又受傳輸因素的影響，會使生產中出現程序傳輸速度跟不上機床的加工節拍，造成機床進給斷續、遲滯的現象，因此應盡可能通過手工編制程序，例如：對于一些二次非圓曲線（橢圓曲線、拋物線、雙曲線、漸開線等）輪廓的加工就可利用宏程序編寫，宏程序是根據零件的輪廓形狀，找出規律特點，將數學知識與計算機編程語言相結合利用基本計算方法手工編寫加工程序。同時宏程序也可用于定義一組相似的加工軌跡，通過改變變量值，簡化程序的編程。總之 ，利用宏程序編程使手工編程更加靈活，方便，使程序短小，調整及修改更方便，提高編程效率。

2 結論

總之，與數控車削相比，數控銑床有著更為廣泛的應用范圍，熟練掌握數控銑床手工編程方法是保證數控加工高效性的重要因素，也是學習自動編程的基礎。將加工一般銑床零件的過程貫穿于理論教學中，把銑床編程理論教學內容劃分為銑平面、挖凹槽和銑凸臺、簡化編程方法三大部分，能使學生更系統，更全面地了解銑床編程的特點和掌握銑床編程的方法。

[1] 顧京.數控加工編程及操作[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2] 李占軍.數控編程[M].北京:機械工業出版社,2006.

[3] 劉啟中,蔡德福.現代數控技術及應用[M].北京:機械工業出版社,2000.