基于数控铣削教学中宏程序的应用分析

庄金雨

在职业院校的机械加工实践教学中，数控铣削实践教学是一个非常重要的教学环节。宏程序在数控铣削编程中具有突出的作用，且其加工程序对数学建模有一定的要求，在学生理解建模的思想以后就容易掌握，在实践教学中将具有良好的应用效果。本文对宏程序在数控铣削加工及实践教学中的典型应用进行详细介绍，提出编程技巧并应用于数控教学，对提高学生技能水平和知识水平有较大的促进作用。

一、数控铣削加工中典型加工类型相关知识介绍

1.平面铣削加工介绍

平面铣削是指在水平切削层上创建刀位轨迹，去除工件表面的材料余量达到某一高度并实现一定表面质量加工要求的加工方式。在工件平面铣削加工中，常用的铣削方法包括立铣刀周铣与面铣刀端铣两种。在实践工作中，对于平面铣削而言，端铣的方式往往具有更为高效的表现，而且其铣削质量及生产效率都比周铣高，因此在实际的平面铣削加工中，通常采用端铣的方式。此外，结合加工工件的平面面积，通常小面积工件多采用立铣刀端铣，而大面积工件则多采用面铣刀。相对于立铣刀周铣，端铣的铣削振动较小，工作较为平稳，铣刀使用寿命较长。

2.凸台铣削零件加工介绍

在数控加工教学中，零件的平面加工是学生铣床操作加工的基础，是学生掌握数控铣削加工技能的根本。随着教学的推进，在平面铣削的基础上，学生需要适应多种复杂零件的数控铣削加工，其中凸台铣削零件加工是典型代表，是学生实现数控铣削加工技能提升的表现。在实践教学中，学生教学实践中所用的典型凸台零件主要由凸台、外轮廓、凹槽以及孔组成，其中零件的凸台部分经常利用数控宏程序进行加工，采用一般的平面铣削方法已经无法实现椭圆面及抛物面的加工成型。在凸台零件加工的实践教学中，刀具选择、毛坯选择、切削用量等工艺参数需要结合实际教学要求与目的而确定，其中切削用量的确定则要结合加工的精密度而定，加工的精密度包括粗加工、半精加工、精加工。

二、宏程序相关知识

在数控加工领域，宏程序简单来说就是利用公式来加工零件的方式，即为实现零件数控加工而编制的一组以子程序的形式储存并带有宏变量的程序，其中宏变量是指在程序的运行过程中随时发生变化的量。宏程序一般分为A类宏与B类宏，B类宏是以直接的公式与语言输入的，可以直接通过面板上的“+、-、×、÷”表示，操作直观、方便。而A类宏则是以G65 HxxP#xxQ#xxR#xx的格式输入的，主要运用H代码表示，变成操作相对较为繁琐，在目前的宏程序编程中基本淘汰。相对与普通程序而言，宏程序具有其独特的特点。宏程序在实际运行中能够以变量的方式来描述进程，能够通过对变量进行赋值和运算来应对复杂的零件加工，其加工运行更加灵活、方便。

宏程序的编写通常是按照一定的流程来实现的，需要结合零件的几何特性来确定最为合理的算法，最终通过宏程序来实现算法。比如以实践教学中的典型凸台铣削零件加工为例，宏程序的编写流程为：开始→常量赋值→工件坐标系偏置到椭圆曲线对称中→给自变量Z赋初值→计算坐标值→机床沿直线移动到点（X、Z）→变量递增→是否到终点（N，回到计算坐标值步骤重新开始）→取消局部工件坐标系偏置（Y）。

三、二次曲面逼真算法宏程序在典型数控铣削加工中的应用实验

在数控铣削加工中，除常见的平面铣削加工之外，还经常会遇到各种类型的非平面铣削加工，其中二次曲面以及其所构成的多面体是典型代表，二次曲面中球面又最为常见。

1.凸球面加工

在凸球面铣削加工的教学实践中，选择凸球面零件的球面直径为R（#1），立铣刀半径为r（#2），球面起始角度为（#3），球面的终止角度为（#4）。在工件的铣削加工开始前，其坐标原点在球面最高点，结合凸球面工件的实际尺寸，选择a×a×h尺寸的毛坯（a≥2R）。在实验教学中，将凸球面的铣削加工分为粗加工与精加工两个部分进行。

在球面粗加工部分，立铣刀半径选择为r，z向坐标为自变量，自上而下等高方式逐层去除余量法；在平面与球面较截线由外及内去除余量，走刀方式为G02，x向左边为自变量。在宏程序编写选择中，有两种循环算法，一是由外向内进给一步来判断是否接触球面，然后决定下一步；二是结合工件及加工参数计算出循环次数，然后由外向内去除余量。确定算法之后，本文选择第二种算法进行变量分配，然后进行宏程序编制，最后进行走刀加工实践。凸球面精加工时，同样采用立铣刀，其半径为r，以极角为自变量采用自下而上水平环绕加工，煤层以G02方式走刀。之后同样进行变量分配与宏程序编写，进而完成教学实践。

2.凹球面加工

在凹球面铣削加工教学实践中，凹球面铣削加工与凸球面铣削加工具有相似之处，宏程序的基本编制流程大体相似，首先对加工零件进行铣削分析，其内容包括球面与各平面的交截线方程，自变量选择与余量去除，以及循环算法的选择等；其次在确定好算法之后进行变量分配，即#1～#17，分别代表不同的变量；再次结合变量分配的结果进行程序编制；最后宏程序编制完成之后，对凹球面工件进行铣削加工，并观察加工过程中走刀路线，以及加工完成后的工件形状。铣削加工参数分析中，主要涉及两个方程，即球面与y=0平面的交截线方程，以及球面与平面的交截线方程，分别为： 。

3.多面体加工

一般而言，多面体工件多由平面与二次曲线面构成，同样适用于二次曲面逼真算法宏程序。在实验教学中，多面体工件的选择通常是包含平面与球面，因此其数控铣削加工过程与宏程序编写方式是平面铣削与球面铣削的叠加。在多面体铣削加工中，采用自上而下、自外向内的周切方式，结合多面体的具体形状，通常分为三段来完成。在多面体铣削加工宏程序编制前的分析中，需分析各交截线的几何尺寸以及其变化规律，具体参数选择包括侧面斜率，底、顶与侧面过度圆角的圆心角度数，以及锥底部分过度圆角的半径缩小率等。之后进行变量分配、宏程序编制，以及工件加工实验中走刀线路观察与工件加工后的形状。

四、宏程序在数控铣削教学中的应用

通过对各种加工工件的铣削加工教学实践以及实践分析可知，无论是平面铣削还是二次曲面铣削，其加工方法多种多样，并且由其组成的多面体数控铣削加工是在两种基本加工工艺的基础上演变而来的。在教学中，学生可采用多种方式进行实验操作，并对操作及结果进行比较。

在实践教学中，学生可采用的基础方法包括三种。一是采用M98循环指令，结合工件的偏置量参数指导学生重点计算出循环次数与嵌套。在循环指令编写与操作体验中，应指导学生正确认识其与宏程序的异同，包括节点的计算选择。二是采用软件自动编程，这需要学生对铣削加工的过程进行建模，需要学生掌握一定的软件操作能力，尤其是以宏程序为基础，并辅以软件的编程能力。这对于学生知识技能的提升具有极大的帮助。三是体验竞赛教学，通过教师提前进行的实验演示以及基础知识教学，当学生掌握一定程度之后，让学生在机床上进行课内体验和竞赛，激发其学习兴趣。这对于学生的宏程序编写操作能力具有很大的提升。

（作者单位：江苏省宿迁经贸高等职业技术学校）