不同平面內(nèi)圓弧加工指令的教學技巧淺說*

焦紅衛(wèi)

（武漢軟件工程職業(yè)學院 湖北 武漢 430205）

不同平面內(nèi)圓弧加工指令的教學技巧淺說*

焦紅衛(wèi)

（武漢軟件工程職業(yè)學院 湖北 武漢 430205）

通過介紹不同平面內(nèi)的圓弧加工指令，本文分析了該內(nèi)容在教學中的常見問題，巧用分組法突破知識重點及難點，并設計了典型的理論與實踐課題來強化知識內(nèi)容。

不同平面；圓弧加工；教學技巧；數(shù)控

正確使用不同平面內(nèi)圓弧加工指令來編制曲面零件的加工程序是數(shù)控教學中十分重要的基礎知識和技能。然而，由于學生對其指令應用不夠熟練，在數(shù)控機床上加工圓弧時往往不能正確判定應該使用G02，還是G03圓弧指令。如在后置刀架數(shù)控車床中采用G03指令車削的零件，如果使用前置刀架數(shù)控車床加工，其編程看似要用G02指令，實則應用G03指令。因此，研究不同平面內(nèi)圓弧加工指令的教學策略有助于提升教學水平，提高教學效率，幫助學生輕松掌握知識，突破教學重點和難點。

不同平面內(nèi)的圓弧加工指令簡介

不同平面內(nèi)的圓弧加工的指令格式如下：

1.XY平面上的圓弧：

G17 G02（G03）X__Y__R__（I__J__）F__；

2.ZX平面上的圓弧：

G18 G02（G03）X__Z__R__（I__K__）F__；

3.YZ平面上的圓弧：

G19 G02（G03）Y__Z__R__（J__K__）F__；

其中，G17、G18、G19為圓弧加工平面指令選擇；G02、G03為順時針和逆時針圓弧加工類型指令選擇；X、Y、Z為尺寸字，用G90指令編程時，為終點在工件坐標系中的絕對坐標，用G91指令編程時，為終點在工件坐標系中相對于起點的增量；R為加工圓弧半徑；I、J、K為圓心坐標相對于起點的增量；F為進給速度指令。在編程應用中，還應注意：（1）心角大于180°時，R要用負值；（2）整圓編程時，不能用R，只能用I、J、K。

教學中的問題分析

在實際教學過程中，上述內(nèi)容除了講解基本格式和注意事項外，關(guān)鍵知識點是要突破在不同加工平面內(nèi)圓弧加工類型指令的選擇。而要突破這一難點，除了要掌握不同平面內(nèi)的圓弧加工的指令格式外，還要掌握不同平面內(nèi)順時針、逆時針的確定，并將二者綜合運用。

學生在學習過程中，往往出現(xiàn)如下問題：

1.圓弧加工平面指令判定出錯。主要由于沒有掌握指令的內(nèi)容，在編程應用中，對加工平面對應的指令混淆，從而導致錯誤產(chǎn)生。

2.圓弧加工類型指令判定出錯。當坐標系旋轉(zhuǎn)或在G18、G19平面中加工圓弧時，出錯的幾率較高。如圖1所示，在圖示的數(shù)控車、銑工件坐標系中編程，兩個圓弧看似順時針，但在實際編程時，銑床為順時針G02，車床卻為逆時針G03。出錯的原因是應該在空間坐標系中判定圓弧的加工方向，而大多數(shù)學生習慣于在X-Y平面坐標系中去理解。

圖1 數(shù)控車、銑工件坐標系圖

3.I、J、K的選擇和數(shù)值計算出錯。前一種情況是沒有與平面選擇指令對應，如出現(xiàn)G18 G02 X__Z__I__J__F__等錯誤格式。后一種情況是沒有強調(diào)I、J、K的取值，不論在G90編程，還是在G91編程中始終是增量值，且要用圓心的坐標值減去起點的坐標值。

4.R參數(shù)出錯。一般是在加工整圓或大于180°圓弧編程時發(fā)生，也有將R參數(shù)和I、J、K同時使用的錯誤類型。

實際教學中的應對策略

圖2 板書示意圖

實際教學過程中，本著循序漸進、深入淺出的教學方法，可采用如下教學策略：

1.巧分組，找規(guī)律，幫助學生識記平面選擇指令和圓弧加工指令。

我們依次將兩個字母合成為一組，立即得到了平面選擇指令與XYZ坐標的對應關(guān)系，即G17指令對應XY平面、G18指令對應ZX平面、G19指令對應YZ平面指令。板書如圖2所示。此外，通過每組中XYZ坐標的變換關(guān)系，我們還可以輕松判定G02、G03指令的選擇。判定規(guī)律為：任意圓弧在第一象限內(nèi)（正90°范圍），若其旋轉(zhuǎn)方向為由X軸到Y(jié)軸、Z軸到X軸或Y軸到Z軸，則其旋向為逆時針，應選擇G03指令編程；反之，則用G02指令編程。

2.設計合理的訓練題，幫助學生掌握空間坐標系及不同加工平面內(nèi)圓弧加工類型指令的選擇。例如，根據(jù)圖3給定的工件坐標系，請在圓弧插補中填上順圓弧插補（G02）或逆圓弧插補（G03），并在圖上標出剩余一軸的方向（括號中為參考答案）。此訓練題能強化圓弧加工類型指令選擇技巧的掌握，復習空間坐標系的知識內(nèi)容，提升學習興趣。

圖3 工件坐標系圖

3.編寫單一圓弧加工程序段，通過小于180°的圓弧加工編程、大于180°的圓弧加工編程和整圓編程實例鞏固圓弧加工編程知識內(nèi)容。可采用對比教學法，使用四種方法來編寫每一個實例（見圖4），以提高學生靈活應用知識的能力。還可將例題中的起點與終點互換作為練習題，以鍛煉學生舉一反三的學習能力。

圖4 使用四種方法來編寫實例示意圖

圖5 圓弧槽H字圖形三視圖

4.精心設計實訓課題，系統(tǒng)訓練在不同平面內(nèi)應用圓弧加工指令編程。在圓弧槽H字圖形的加工編程實訓課題中（見圖5），設計了一個橫放的H字零件。H字由三段不同平面內(nèi)的圓弧組成，H字的兩橫代表的圓弧向下凹；一豎代表的圓弧向上凸。因此，在加工編程中，不但要考慮平面加工指令G18、G19的選擇問題，同時，還要注意圓弧加工方向G02、G03指令的判定。經(jīng)過數(shù)學處理計算出圓弧的半徑后，采用HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)編制程序如下：

%0001

N0010 G90 G17 G54 G00 X0 Y0 Z50 S1200

N0020 G00 X35 Y25 M03

N0030 G00 Z5

N0040 G01 Z-2 F200

N0050 G18 G03 X-35 Z-2 R80.5 F300

N0060 G17 G00 Z5

N0070 G00 X-35 Y-25

N0080 G01 Z-2 F200

N0090 G18 G02 X35 Z-2 R80.5 F300

N0100 G17 G00 Z5

N0ll0 G00 X0 Y-25

N0120 G01 Z-10 F100

N0130 G19 G02 X0 Z-10 R45 F300

N0140 G17 G00 Z50

N0150 G00 X0 Y0 M05

N0160 M30

由于上述課題在內(nèi)容上全面包括了不同平面內(nèi)圓弧加工指令的編程內(nèi)容，并通過在實踐環(huán)節(jié)中加以實現(xiàn)，課題難度適中，極大地提高了學生的學習興趣，使學生輕松地掌握了重要內(nèi)容。

通過對數(shù)控編程中不同平面內(nèi)的圓弧加工指令的教學策略研究，總結(jié)了該項知識內(nèi)容在教學中的常見問題及原因；結(jié)合教學經(jīng)驗，通過分組法來突破知識重點以及難點，巧思例題來加深學生的理解；通過編程練習鞏固知識，并設計有針對性的典型實踐課題來強化知識內(nèi)容，教學效果良好。

[1]焦紅衛(wèi).數(shù)控技術(shù)基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]陳洪濤.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]孫崇慶.數(shù)控車削中圓弧加工常出現(xiàn)的問題及分析[J].精密制造與自動化，2011（1）：48-49.

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[5]林翠青.淺談圓弧加工指令G02/G03的應用[J].中小企業(yè)管理與科技，2009（4）：224.

G712

A

1672-5727（2012）09-0113-03

武漢市教育局重點科研課題《“校中廠+廠中校”的數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)模式探究》（課題編號：2011027）

焦紅衛(wèi)（1975—），男，湖北武漢人，碩士研究生學歷，武漢軟件工程職業(yè)學院機械制造工程系副教授，研究方向為機械制造及其自動化。