不同平面内圆弧加工指令的教学技巧浅说*

2012-11-06焦红卫

职业教育研究 2012年9期

关键词：圆弧指令坐标系

焦红卫

（武汉软件工程职业学院湖北武汉 430205）

不同平面内圆弧加工指令的教学技巧浅说*

焦红卫

（武汉软件工程职业学院湖北武汉 430205）

通过介绍不同平面内的圆弧加工指令，本文分析了该内容在教学中的常见问题，巧用分组法突破知识重点及难点，并设计了典型的理论与实践课题来强化知识内容。

不同平面；圆弧加工；教学技巧；数控

正确使用不同平面内圆弧加工指令来编制曲面零件的加工程序是数控教学中十分重要的基础知识和技能。然而，由于学生对其指令应用不够熟练，在数控机床上加工圆弧时往往不能正确判定应该使用G02，还是G03圆弧指令。如在后置刀架数控车床中采用G03指令车削的零件，如果使用前置刀架数控车床加工，其编程看似要用G02指令，实则应用G03指令。因此，研究不同平面内圆弧加工指令的教学策略有助于提升教学水平，提高教学效率，帮助学生轻松掌握知识，突破教学重点和难点。

不同平面内的圆弧加工指令简介

不同平面内的圆弧加工的指令格式如下：

1.XY平面上的圆弧：

G17 G02（G03）X__Y__R__（I__J__）F__；

2.ZX平面上的圆弧：

G18 G02（G03）X__Z__R__（I__K__）F__；

3.YZ平面上的圆弧：

G19 G02（G03）Y__Z__R__（J__K__）F__；

其中，G17、G18、G19为圆弧加工平面指令选择；G02、G03为顺时针和逆时针圆弧加工类型指令选择；X、Y、Z为尺寸字，用G90指令编程时，为终点在工件坐标系中的绝对坐标，用G91指令编程时，为终点在工件坐标系中相对于起点的增量；R为加工圆弧半径；I、J、K为圆心坐标相对于起点的增量；F为进给速度指令。在编程应用中，还应注意：（1）心角大于180°时，R要用负值；（2）整圆编程时，不能用R，只能用I、J、K。

教学中的问题分析

在实际教学过程中，上述内容除了讲解基本格式和注意事项外，关键知识点是要突破在不同加工平面内圆弧加工类型指令的选择。而要突破这一难点，除了要掌握不同平面内的圆弧加工的指令格式外，还要掌握不同平面内顺时针、逆时针的确定，并将二者综合运用。

学生在学习过程中，往往出现如下问题：

1.圆弧加工平面指令判定出错。主要由于没有掌握指令的内容，在编程应用中，对加工平面对应的指令混淆，从而导致错误产生。

2.圆弧加工类型指令判定出错。当坐标系旋转或在G18、G19平面中加工圆弧时，出错的几率较高。如图1所示，在图示的数控车、铣工件坐标系中编程，两个圆弧看似顺时针，但在实际编程时，铣床为顺时针G02，车床却为逆时针G03。出错的原因是应该在空间坐标系中判定圆弧的加工方向，而大多数学生习惯于在X-Y平面坐标系中去理解。

图1 数控车、铣工件坐标系图

3.I、J、K的选择和数值计算出错。前一种情况是没有与平面选择指令对应，如出现G18 G02 X__Z__I__J__F__等错误格式。后一种情况是没有强调I、J、K的取值，不论在G90编程，还是在G91编程中始终是增量值，且要用圆心的坐标值减去起点的坐标值。

4.R参数出错。一般是在加工整圆或大于180°圆弧编程时发生，也有将R参数和I、J、K同时使用的错误类型。

实际教学中的应对策略

图2 板书示意图

实际教学过程中，本着循序渐进、深入浅出的教学方法，可采用如下教学策略：

1.巧分组，找规律，帮助学生识记平面选择指令和圆弧加工指令。

我们依次将两个字母合成为一组，立即得到了平面选择指令与XYZ坐标的对应关系，即G17指令对应XY平面、G18指令对应ZX平面、G19指令对应YZ平面指令。板书如图2所示。此外，通过每组中XYZ坐标的变换关系，我们还可以轻松判定G02、G03指令的选择。判定规律为：任意圆弧在第一象限内（正90°范围），若其旋转方向为由X轴到Y轴、Z轴到X轴或Y轴到Z轴，则其旋向为逆时针，应选择G03指令编程；反之，则用G02指令编程。

2.设计合理的训练题，帮助学生掌握空间坐标系及不同加工平面内圆弧加工类型指令的选择。例如，根据图3给定的工件坐标系，请在圆弧插补中填上顺圆弧插补（G02）或逆圆弧插补（G03），并在图上标出剩余一轴的方向（括号中为参考答案）。此训练题能强化圆弧加工类型指令选择技巧的掌握，复习空间坐标系的知识内容，提升学习兴趣。

图3 工件坐标系图

3.编写单一圆弧加工程序段，通过小于180°的圆弧加工编程、大于180°的圆弧加工编程和整圆编程实例巩固圆弧加工编程知识内容。可采用对比教学法，使用四种方法来编写每一个实例（见图4），以提高学生灵活应用知识的能力。还可将例题中的起点与终点互换作为练习题，以锻炼学生举一反三的学习能力。

图4 使用四种方法来编写实例示意图

图5 圆弧槽H字图形三视图

4.精心设计实训课题，系统训练在不同平面内应用圆弧加工指令编程。在圆弧槽H字图形的加工编程实训课题中（见图5），设计了一个横放的H字零件。H字由三段不同平面内的圆弧组成，H字的两横代表的圆弧向下凹；一竖代表的圆弧向上凸。因此，在加工编程中，不但要考虑平面加工指令G18、G19的选择问题，同时，还要注意圆弧加工方向G02、G03指令的判定。经过数学处理计算出圆弧的半径后，采用HNC-21M数控系统编制程序如下：

%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