如何教學生數控車床編程技巧

我校作為國家級重點職校，為適應產品更新換代的加快和我們需求的多樣化這一變化，近幾年重點建設數控專業，選購了發那克、廣數、大森等不同系統的數控車床，為學生的學習提供了良好的條件。但是，要充分發揮數控車床的作用，不僅要有良好的硬件（如：優質的刀具、高的機床精度、合理的材料等），更重要的是軟件——編程，即根據不同的零件的特點，編制合理、高效的加工程序。而部分學生在學習這些知識時，有一定的困難。那么，作為教師，我們應該如何教學生盡快地掌握編程技巧呢？

1. 靈活設置參考點

數控車床共有二根軸，即主軸Z和刀具軸X。棒料中心與卡盤后端面為坐標系原點，各刀接近棒料時，機床的坐標值減小，稱之為進刀；反之，坐標值增大，稱為退刀。當退到刀具開始位置時，刀具停止，此位置稱為參考點。參考點是編程中一個非常重要的概念，每執行完一次自動循環，刀具都必須返回到這個位置，準備下一次循環。因此，在執行程序前，必須調整刀具及主軸的實際位置與坐標數值保持一致，參考點的實際位置并不是固定不變的，編程人員可以根據零件的直徑、所用的刀具的種類、數量，調整參考點的位置。參考點的選擇原則是在考慮毛坯尺寸的前提下，為保證起始點的精度，不能選得太近；但也不能選得太遠。太遠會加長空行程時間，延長工時，降低效率，提高成本，太近會妨礙工作人員檢測和裝卸零件。退刀時也要留有一定的余量，以防止刀具與工件發生碰撞并盡量縮短刀具的空行程。

2. 巧用子程序

在低壓電器中，存在大量的短銷軸類零件，其直徑比大約為2~3，長度多在3mm以下。由于零件幾何尺寸較小，普通儀表車床難以裝夾，無法保證質量。如果按照常規方法編程，在每一次循環中只加工一個零件，由于軸向尺寸較短，造成機床主軸滑塊在床身導軌局部頻繁往復，彈簧夾頭夾緊機構動作頻繁。長時間工作之后，便會造成機床導軌局部過度磨損，影響機床的加工精度，嚴重的甚至會造成機床報廢。而彈簧夾頭夾緊機構的頻繁動作，則會導致控制電器的損壞。要解決以上問題，必須加大主軸送進長度和彈簧夾頭夾緊機構的動作間隔，同時不能降低生產率。由此設想是否可以在一次加工循環中加工數個零件，則主軸送進長度為單件零件長度的數倍，甚至可達主軸最大運行距離，而彈簧夾頭夾緊機構的動作時間間隔相應延長為原來的數倍。更重要的是，原來單件零件的輔助時間分攤在數個零件上，每個零件的輔助時間大為縮短，從而提高了生產效率。為了實現這一設想，我想到程序設計中主程序和子程序的概念，如果將涉及零件幾何尺寸的命令字段放在一個子程序中，而將有關機床控制的命令字段及切斷零件的命令字段放在主程序中，每加工一個零件時，由主程序通過調用子程序命令調用一次子程序，加工完成后，跳轉回主程序。需要加工幾個零件便調用幾次子程序，十分有利于增減每次循環加工零件的數目。通過這種方式編制的加工程序也比較簡潔明了，便于修改、維護。值得注意的是，由于子程序的各項參數在每次調用中都保持不變，而主軸的坐標時刻在變化，為與主程序相適應，在子程序中必須采用相對編程語句。

3. 減少刀具空行程

在數控車床中，刀具的運動是依靠伺服電動機來帶動的，盡管在程序命令中有快速點定位命令G00，但與普通車床的進給方式相比，依然顯得效率不高。因此，要想提高機床效率，必須提高刀具的運行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完畢后退回參考點所運行的距離。只要減少刀具空行程，就可以提高刀具的運行效率。對于點位控制的數控車床，只要求定位精度較高，定位過程可盡可能快，而刀具相對工件的運動路線是無關緊要的。在機床調整方面，要將刀具的初始位置安排在盡可能靠近棒料的地方。在程序方面，要根據零件的結構，使用盡可能少的刀具加工零件使刀具在安裝時彼此盡可能分散，在很接近棒料時彼此就不會發生干涉；另一方面，由于刀具實際的初始位置已經與原來發生了變化，必須在程序中對刀具的參考點位置進行修改，使之與實際情況相符，與此同時再配合快速點定位命令，就可以將刀具的空行程控制在最小范圍內從而提高機床加工效率

4. 優化參數，平衡刀具負荷，減少刀具磨損

由于零件結構的千變萬化，有可能導致刀具切削負荷的不平衡。而由于自身幾何形狀的差異導致不同刀具在剛度、強度方面存在較大差異，例如：正外圓刀與切斷刀之間，正外圓刀與反外圓刀之間。如果在編程時不考慮這些差異。用強度、剛度弱的刀具承受較大的切削載荷，就會導致刀具的非正常磨損甚至損壞，而零件的加工質量達不到要求。因此編程時必須分析零件結構，用強度、剛度較高的刀具承受較大的切削載荷，用強度、剛度小的刀具承受較小的切削載荷，使不同的刀具都可以采用合理的切削用量，具有大體相近的壽命，減少磨刀及更換刀具的次數。

要讓學生明白，本文總結的一些具體結論僅適用于FANUCOI數控車床，但是它表現的編程思想具有普遍意義。要編制合理高效的加工程序，必須要熟悉所使用機床的程序語言并能加以靈活運用，了解機床的主參數，深入分析零件的結構特點、材料特性及加工工藝等。 掌握了這些，學生的能力將得到進一步提高，并逐步成為優秀的數控車床編程人才。

（張家口北方機電工業學校）