淺析學習數(shù)控編程與操作技術(shù)的幾個關(guān)鍵點

劉欲峰

(山西機械高級技工學校，山西 太原 030024)

0 引言

我國的數(shù)控加工技術(shù)雖然已經(jīng)取得了一些成果，但與國際品牌企業(yè)相比，仍然存在著差距和不足。本文通過分析和比較數(shù)控加工技術(shù)的各種特性，進行全方位闡述分析，給從事數(shù)控加工的人員提供幫助，輕松解決一些實際問題，達到事半功倍的效果。

1 明確坐標系及其正方向命名原則

1.1 明確坐標系

數(shù)控加工中機床有個坐標系叫機床坐標系(標準坐標系)，工件上某一點建立的坐標系叫工件坐標系(或編程坐標系)。工件坐標系和機床坐標系各自為營，在實際數(shù)控加工中通過對刀使它們真正統(tǒng)一起來，即確定工件坐標系(或編程坐標系)原點在機床坐標系中的位置，這樣根據(jù)確定的工件原點的坐標，在數(shù)控自動加工中就可以很順利地根據(jù)程序輪廓數(shù)據(jù)來控制加工工件的幾何形狀，真正實現(xiàn)兩個坐標系的和諧統(tǒng)一。

1.2 坐標軸正方向命名原則

事實上，數(shù)控編程中不管是二維空間還是三維空間，在確定其坐標軸正方向上永遠假定工件不動，刀具相對于工件運動，即刀具遠離工件的方向，也就是使工件尺寸增大的方向為其正方向。在后續(xù)編制程序中一定要注意工件上坐標軸名稱的確定與毛坯放置方向相匹配，避免出現(xiàn)失誤。比如在數(shù)控銑床上加工長方體零件時，零件毛坯的安裝位置一定要與編程中的坐標軸尺寸相對應(yīng)，保證留有合適的加工余量，以免報廢零件。

2 熟悉數(shù)控系統(tǒng)編程格式及指令

在數(shù)控編程加工中，常用的系統(tǒng)有FANUC和SIEMENS。FANUC系統(tǒng)的程序名由字母O加四位數(shù)組成，一般主程序結(jié)束標志采用M30，子程序結(jié)束標志采用M99。SIEMENS系統(tǒng)的程序名由第一個不是特殊字符的字母和數(shù)字組成，主程序域名為MPF，子程序域名為SPF，主程序結(jié)束標志為M02，子程序結(jié)束標志為M17或RET。FANUC系統(tǒng)常用的G功能指令主要有G01、G00、G02、G03、G83、G86、G90、G94、G92、G71、G72、G73、G75和G76；SIEMENS系統(tǒng)常用的指令有G01、G00、G02、G03、CYCLE82、CYCLE83、CYCLE93、CYCLE94、CYCLE95和CYCLE97。如：G76和CYCLE97都是車削螺紋指令，但由于系統(tǒng)不同，用法也不一樣。G76是FANUC系統(tǒng)指令，在編程中直接根據(jù)指令格式，在參數(shù)后面賦予合適的數(shù)值即可；而CYCLE97是SIEMENS系統(tǒng)指令，需要編寫或添加螺紋切削時，直接按下CYCLE97下方的智能鍵，編程直接跳轉(zhuǎn)到螺紋參數(shù)設(shè)置界面，設(shè)置完成后點擊確認，就返回到前面編輯程序的界面繼續(xù)編輯。在編程時只有明確掌握每種系統(tǒng)的編程格式及其用法，熟悉這些指令中每個字母的含義，那么在編程應(yīng)用時才會得心應(yīng)手，避免濫用指令。

3 選擇加工方法確定加工方案

所謂加工方法，就是去除表面層余量的手段。選擇表面加工方法，不僅要保證質(zhì)量，而且要力求生產(chǎn)率高，經(jīng)濟性好。對零件表面進行加工可能有很多種方法，實際中應(yīng)根據(jù)毛坯材料、熱處理、零件結(jié)構(gòu)和尺寸、加工精度和表面粗糙度、生產(chǎn)類型等來進行選擇，通過分析比較，選擇最適宜的。在實際加工中加工方法的選擇首先應(yīng)保證加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，由于獲得同一精度及表面粗糙度的加工方法有若干種，實際選擇時應(yīng)同時滿足加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等方面的綜合要求。一般情況下能車削完成并滿足技術(shù)要求的就不選擇銑削，能銑削完成的就不選擇磨削，能磨削完成的就不選擇研磨。

通常軸類零件選用車削加工方案，箱體類零件選用銑削加工方案，當然也可能是車削與銑削兩種或多種組合加工方案。

4 確定加工路線及走刀路線，設(shè)置切削用量參數(shù)

4.1 確定加工路線時遵循的原則

(1) 基準面先行。基準面是作為其他面的基準，應(yīng)先加工基準面，才能保證后面其他非基準面的形狀和位置精度。

(2) 先粗后精。任何表面加工都是先粗加工、后精加工，粗加工以提高金屬切除率為目的，精加工需滿足車削余量均勻性要求，才能更好地提高表面質(zhì)量。

(3) 先近后遠。一般情況下，靠近刀具的部位先加工,遠離刀具的部位后加工，這樣可以縮短刀具移動距離，減少空行程。

(4) 內(nèi)外交叉。如果某一零件有內(nèi)、外表面加工的要求，可以先進行外、內(nèi)表面粗加工，后進行外、內(nèi)表面精加工，切不可將零件的一端(或一面)全部加工完，再加工工件另一端(或另一面)。這樣加工過程中產(chǎn)生的切削變形及應(yīng)力有時間釋放恢復(fù)，自然而然地進行時效處理，使表面趨于正常，更好地保證工件的加工質(zhì)量。

(5) 先面后孔。平面上有孔時，先加工完平面再加工孔，防止孔傾斜，保證孔的位置精度。

(6) 先主后次。主要的或重要的面先加工，次要的面后加工，保證基準的精準度。在實踐中這6個原則相互結(jié)合才能保證加工表面的質(zhì)量；如果一些原則有矛盾沖突，以能否滿足加工精度要求為準則。

4.2 設(shè)置走刀路線

走刀路線就是進給路線，是指數(shù)控機床加工過程中刀具相對零件的運動方向和軌跡。進給路線包括刀具的軌跡路徑、刀具的切入和切出，還有退刀等空行程。為了編程方便可以選擇繪出工序簡圖及進給路線。

4.3 確定合理的切削用量

合理的切削用量是指保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高生產(chǎn)率和低加工成本。一般來說合理的切削用量可以根據(jù)切削手冊選取，也可以根據(jù)刀具材料或工件材料選取，還可以根據(jù)實際經(jīng)驗來選取。其目的是發(fā)揮刀具的切削性能，利用機床的本能，獲取合適、經(jīng)濟的表面加工質(zhì)量。

5 編制加工程序并優(yōu)化

根據(jù)指定的系統(tǒng)格式，選擇合理的數(shù)控加工工藝，編制合適的加工程序這就是數(shù)控編程。對于初學者而言，以手工編程為主，根據(jù)自己計算的基點編寫程序，如果走刀路線一時難以掌握，則最好標出走刀軌跡的坐標，保證編程的正常進行；對于熟練者，則可以依據(jù)腦中清晰的軌跡路徑編寫程序。初始編制程序，主要是指令代碼能保證正確使用即可，換刀點合適，程序中沒有明顯錯誤就好。在此基礎(chǔ)上再優(yōu)化程序，并使得換刀點離開工件有一定安全距離，保證不發(fā)生碰撞，但刀具也不要離工件太遠，避免刀具空行程過多。

隨著深入學習，在保證程序正確的基礎(chǔ)上，程序越短越精煉越好。優(yōu)化程序從以下三方面進行：①選擇合適的切削加工指令;②減少空行程;③編寫子程序。在零件加工時，當某一加工內(nèi)容重復(fù)出現(xiàn)時，可以把該加工內(nèi)容的程序編制出來作為子程序,通過主程序調(diào)用，使程序簡化。比如在加工中心上加工多個同樣的孔，就可以用G83鉆孔和G86鏜孔循環(huán)指令，也可以采用鏡像MIRROR指令或調(diào)用子程序來優(yōu)化程序，使程序簡短明了；在FANUC數(shù)車中，用G92是一句螺紋指令，而采用G0、G1和G32就是四句指令，雖然加工效果一致，但用G92編程程序簡短。

6 掌握數(shù)控機床基本操作

數(shù)控機床的一些基本操作通過控制面板進行。操作工可以通過此界面對數(shù)控系統(tǒng)進行基本操作，也可以對機床的一些參數(shù)進行設(shè)置、修改，還可以通過此界面查詢機床的運行狀態(tài)，如刀具號、主軸轉(zhuǎn)速、加工時間等，也可查詢故障等報警信息。

6.1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)的對刀

例如，當前將加工刀具在2號刀位，程序中刀具的刀補為03，即執(zhí)行程序為T0203，則對刀時刀補就應(yīng)該輸入形狀03這一行中。用測量工件方式對刀：先對Z軸，主軸正轉(zhuǎn)，在手搖方式下車削工件端面，端面車削完畢，保證Z坐標不變，沿X軸正方向退出。按下[OFFSET]鍵，按下菜單軟鍵[形狀]，然后光標移動到形狀03行，輸入“Z0”，按下菜單智能鍵[測量]，則Z坐標就設(shè)置完畢；再對X軸，在手搖方式下車削工件外圓，沿Z正方向退刀，主軸停轉(zhuǎn)，測量工件直徑(假設(shè)測量值為Φ38.36 mm)，然后按下[OFFSET]鍵，按下菜單軟鍵[形狀]，輸入“X38.36”，按下菜單軟鍵[測量]，即X方向設(shè)置完畢。

6.2 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)的對刀

SIEMENS 802D使用長度偏移法對刀：按下[手動]按鈕，接著按下[點動距離]調(diào)整為100INC，主軸正轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)手輪，車削工件外圓后反方向退刀，主軸停轉(zhuǎn)，測量被切外圓的直徑，按下[測量刀具]智能鍵，再按下[手動測量]智能鍵，進入刀具測量對話框，將所測直徑寫入Φ后的框內(nèi)，按下黃色回車鍵，依次按下[存儲位置]和[設(shè)置長度1]這兩個智能鍵，這樣系統(tǒng)自動將刀具長度1計入“刀具表”；試切工件端面，點擊[長度2]智能鍵，切換到測量Z的界面，在Z0后的框內(nèi)填寫“0”，按下黃色回車鍵，單擊設(shè)置[長度2]智能鍵，則完成了Z方向上刀具參數(shù)的設(shè)置。此時“刀具表”中幾何下面的長度1、長度2中均有正確的對刀數(shù)值。

7 自動編程的優(yōu)缺點

手工編程對于簡單二維零件的數(shù)控加工是非常有效的，但對于零件形狀復(fù)雜或不規(guī)則的曲面，手工編程帶來的巨大計算將加大工作量，這樣很難準確編制合適的加工程序。為解決該問題，數(shù)控加工中出現(xiàn)了好多繪圖造型軟件，比如AutoCAD、UG、Pro/E、MasterCam、CAXA等。這些軟件能幫助我們進行工藝處理、編寫零件加工程序，這就是所說的自動編程(或計算機輔助編程)。自動編程編出的程序可以進行刀具運動軌跡模擬檢查，及時檢驗程序的正確性并及時修改，大大減輕了編程人員的勞動強度，解決了手工編程無法解決的編程難題。而自動編程的不足是:大多數(shù)情況下編制的數(shù)控程序字節(jié)非常多，占用了機床系統(tǒng)較大的內(nèi)存;因程序較長，修改和檢查比較煩瑣，具有一定的局限性，以至不能靈活編制出合適的數(shù)控程序，這種情況采用步距較小的宏程序編制會更好，不僅字節(jié)短邏輯性強，而且修改方便。

8 繪圖軟件的后置處理技術(shù)

繪圖軟件操作的共同之處是按照平臺要求將所要加工工件的圖形按照一定的格式繪圖傳入軟件中，完成拾取路徑，設(shè)置參數(shù)，后置處理，生成程序代碼，輸入數(shù)控機床即可加工。后置處理是根據(jù)機床類型及加工要求設(shè)置參數(shù)，保證加工程序與選用機床、刀具相匹配，且切削參數(shù)符合工藝要求。切記應(yīng)按加工工藝順序選擇加工路徑軌跡，并注意選擇的先后順序，這個順序指的是生成程序的順序，即符合先拾取路徑先生成程序的原則，否則最后加工就會發(fā)生亂序、打刀或撞擊機床的事故。

為了保證生成程序代碼的有效性，在后置處理后可以模擬仿真加工，檢查加工軌跡的正確性，看是否存在過切、干涉或切不上的情況。當對生成的軌跡不滿意時，可以利用仿真軟件進行工藝分析，調(diào)整修改各種工藝參數(shù)后重新生成新的加工軌跡，直到軌跡滿意為止。

9 學習數(shù)控編程與操作技術(shù)的建議

在學習時間比較緊的情況下，至少應(yīng)學習兩門繪圖造型軟件，其中一門是二維繪圖軟件CAXA或AutoCAD;另一門是三維造型軟件UG、Pro/E、MasterCam、CAXA制造工程師中的一門，進行三維造型和曲面加工，并能拾取路徑選擇參數(shù)，自動生成加工程序。

在學習過程中，遵循從簡單零件的加工到復(fù)雜零件的加工、從單件加工到批量生產(chǎn)、從一般零件到特殊零件、從不用工裝到選用工裝再到特殊工裝、從手工編程到自動編程、從普通刀具到專用刀具，循序漸進逐步進行，從加工工藝手冊選用參數(shù)到自己在實踐中逐漸積累經(jīng)驗，形成具有自己特色的編程加工方法。操作機床時一定要按照操作規(guī)程進行，尤其機床特別強調(diào)的規(guī)程，做到不畏懼、不大意、不蠻干，保證人身和設(shè)備的安全。操作結(jié)束后應(yīng)及時清掃、保養(yǎng)機床，養(yǎng)成良好的職業(yè)操守。

10 結(jié)束語

隨著人工智能的發(fā)展及應(yīng)用，我們應(yīng)及時關(guān)注數(shù)控加工技術(shù)前沿知識，了解新型刀具材料和加工方法，結(jié)合軟件的各種功能與時代緊密接軌，解決工作中的一系列問題。同時我們應(yīng)多觀察、多訓(xùn)練、多總結(jié)、多思考、多學習，這樣就一定能掌握好數(shù)控編程與操作加工這項技術(shù)的精髓。