基于職業技能鑒定實踐考核的數控編程策略研究

廖玉松，韓 江

（1.滁州職業技術學院機械與汽車工程系，安徽 滁州239000；2.合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230003）

1 引言

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

2 實操加工零件及數控工藝分析

2.1 實操零件圖和加工要求

圖1所示為數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，完成任務時間210分鐘。

圖1 加工零件圖

2.2 零件數控加工工藝分析

要能在規定時間內完成任務，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。一張完整的零件圖，主要有四個方面的內容，即一組視圖、一組尺寸、技術要求和標題欄。通過視圖分析，想象出零件的形狀結構；通過尺寸分析，搞清楚尺寸標注的基準，哪些是定形尺寸，哪些是定位尺寸，尺寸標注是否完整，有無漏標；分析技術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；分析標題欄，了解要加工零件的名稱、材料、數量等。

2.2.2 正確安排數控加工工藝路線

數控加工工序安排的總的原則是：

（1）基準先行 選為精基準的表面，應先進行加工，以便為后續工序提供可靠的精基準。

（2）先粗后精 各表面均應按照粗加工——半精加工——精加工順序依次進行，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。次要表面常穿插進行，一般安排在主要表面達到一定精度之后，最終精加工之前進行[1]。

（4）先面后孔 對于箱體、支架、連桿和機體類工件，一般應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，定位穩定可靠，保證平面和孔的位置精度。

2.2.3 正確選擇刀具 數控銑床上所采用的刀具要根據被加工零件的材料、幾何形狀、表面質量要求、熱處理狀態、切削性能及加工余量等，選擇剛性好、耐用度高的刀具。數控加工中刀具材料盡可能選擇硬質合金，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，較大進給，低轉速，較快的去除工件多余材料。而在實際加工時，為了充分發揮數控機床的高速高進的特點，粗加工切削用量的選擇一般選擇小切深，大進給，較高轉速，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，一般采用高轉速，小進給，小切削深。同時注意刀具直徑大轉速低，進給快；刀具直徑小轉速高，進給慢。

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）所選的編程原點應使程序編制簡單；

（2）編程原點應選擇在容易找正、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）編程原點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上；

（5）編程原點應便于坐標值的計算。

圖1零件的編程原點應設置在左下角角點處，便于坐標值的計算，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G91指令編制光面程序，M99指令在主程序中構成死循環，增量坐標G91，表示目標點的坐標相對于當前點的坐標增量，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，用相對坐標進行Z向清零，然后移到工件左前方，下刀到相對坐標Z-0.9位置運行O1粗加工，當上表面粗光完成時按Reset復位健停止運行O1，然后手動抬刀，再移至粗加工進刀點，測量高度尺寸，下刀點Z根據測量結果確定下刀深度，如粗加工上表面后測量高度尺寸為30.16，則下刀至相對坐標為Z-1.06位置，把O1中的S1500改為S2500，F2000改為F400，再運行O1進行精光上表面。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，操作者可以進行后續程序的編輯，節省手動操作的時間。

圖2 光面程序

3.3 使用G52指令，便于編程坐標的計算

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

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，各個部分的坐標值的計算可以按絕對直角坐標或絕對極坐標編程，數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，可以實現零件的粗、精加工。

數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，數控系統便能自動計算出刀具中心的偏移量，進而得到偏移后的中心軌跡，并使系統按刀具中心軌跡運動[3]。

G41為刀徑左補償，G42為刀徑右補償。刀補位置的左右應是順著編程軌跡前進的方向進行判斷的，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，機床初始狀態應設為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圓弧半徑值，當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，當一個工件上有相同的加工內容時，常用調子程序的方法進行編程。子程序的編號與一般程序基本相同，只是程序結束字為M99表示子程序結束，并返回到調用子程序的主程序中。使用子程序可以使復雜程序結構明晰，程序簡短，增強數控系統編程功能。

子程序編制時，盡可能做到首尾路徑閉合，以便多次調用子程序；在子程序中，盡可能不要出現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，盡量采用增量坐標方式編程，以便于相同輪廓、不同位置輪廓的多次調用[1]。

3.6 巧妙使用宏程序編程

如前所述，為了充分發揮數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，大進給，較高轉速，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，沒有必要進行大量重復編輯工作。

對于Φ50H7盲孔粗加工采用了G52建立局部坐標系，宏程序，調用子程序，刀具半徑補償進行編程，編程計算方便，程序結構緊奏，加工效率高，便于檢查和調整。用D12立銑刀，進行半精加工和精加工時只要改變主軸轉速和進給量，調用子編程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容，且能保證加工質量。

3.7 正確使用極坐標編程

極坐標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建立極坐標系，在G90模式下此時系統自動將工件坐標系的直角坐標系轉換成極坐標系，G15取消極坐標系，在G90模式下系統將工件坐標系的極坐標系轉換成直角坐標系[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非常不便，這時用G52局部坐標系和極坐標G16指令聯用編程就非常方便。對4個Φ 6H7點孔編程，編程時坐標值不需要做任何換算，根據圖紙直接獲得，數值計算變得非常簡單。對于鉆底孔和鉸孔只需改變O3程序中主軸轉速，進給和循環指令即可。

4 結束語

考生在參加數控銑床職業技能鑒定時，不僅要能熟練操作數控機床，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。特別是要養成文明生產的習慣，如工件加工任務完成后，一定要及時清掃機床，給機床加油及正確關機，把工件擦干凈，必須去除工件上的毛刺后才能上交，以確保文明生產的10分指標拿到。只有做到這些，才能按時完成任務，保證加工質量，順利通過實操考核。

[1]廖玉松.數控加工技術[M].北京：清華大學出版社，2013：121-346.

[2]黃昊.數控銑床編程與技能訓練[M].北京：化學工業出版社，2009：57-136.

[3]羅晟然.刀具半徑補償在SINUMERIK數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.