数控编程G指令仿真教学探析
《典型零件的数控加工》是机械制造的专业课，其中数控编程是基础，特别是G指令功能丰富。高职学生形象思维、动手能力强，逻辑思维能力相对弱，对于G指令中的参数理解，结合数控仿真软件，选用FANUC 0iT系统进行表述，以便于学生掌握编程技能。
1 纵横捭阖
对于车床的进刀方式，主要分为横向和纵向，横向进刀方向与床台保持垂直、纵向进刀方向与床台保持平行。在编程基础中对于车床的纵、横向给予规定，但在实际编程运用中易混淆，如G90、G94进刀方式的差别。
分析图1基本信息，设置毛坯直径82mm、长度160mm，首先采用纵向进刀G90方式编程，主要程序段如下。
N040G00X85Z5
N050G94X80Z-70F100
N060X70
N070X60
N080X50
N090X40
其进刀方式路线如图2所示。
其次采用横向进刀G94方式编程，主要程序段如下。
N040G00X85Z5
N050G94X40Z-10F100
N060Z-20
N070Z-30
N080Z-40
N090Z-50
N100Z-60
N110Z-70
其进刀方式路线如图3所示。
通过仿真走刀轨迹可以直接观察出，G90方式的刀具轨迹与工件回转中心即Z轴平行，而G94与工件回转中心垂直，前者即为纵向方式、后者为横向方式进刀。经过比较可以清楚表达纵、横向方式“是什么”，二者差别的成因是什么。
对“N050G94X40Z-10F100”
进行分解所得程序段如下，刀轨
如图4所示。
N040G00X85Z5
N050G00X80
N060G01Z-70F100
N070X85
通过图2和图4的对比，可以直观表达出G90进刀方式轨迹成因，G94方式与此相似，清楚表现，在表达出“是什么”的同时，引导学生理解“为什么”。
2 内外兼修
G指令格式中参数较多，即便在同一指令中相同的字符，如G71中U字符所代表的意义在二行中存在差别，在教学中仅对参数含义进行板书及语言阐述，表述中易混淆，学生基本无法全面理解。针对图1所示内容，运用仿真软件演示，让学生直接观察各参数对于加工轨迹的影响，从“是什么”到“怎么用”，如G71中参数性能。
G71指令格式“是什么”，直接书写。
G71 U （Δd） R（e）
G71 P（ns） Q（nf） U（Δu） W（Δw） F（f） S（s） T（t）
参数含义如下：
Δd为背吃刀量；e为退刀量；ns为精加工轮廓程序段中开始段的段号；nf为精加工轮廓程序段中结束段的段号；Δu为留给X轴方向的精加工（直径值）余量；Δw为留给Z轴方向的精加工余量；f、s、t为粗车时的进给量、主轴转速及所用刀具。
对于各个参数“怎么用”，结合图1所示台阶前端。
2.1 Δd的内含与运用
当Δd=2，程序格式N050G71U2R0.5；
走刀轨迹如图5所示。
■
图5 Δd为2的刀轨 图6 Δd为4的刀轨
当Δd=4，程序格式N050G71U4R0.5；
走刀轨迹如图6所示。
在教学仿真中可通过直接修改Δd数值由2变成4，在其它参数不变的情况下，对于图2和图3的实线进行比较，直观表现出Δd的意义与作用。
2.2 e的内含与运用
当e=0.5、Δd=4，程序格式N050G71U4R0.5；
走刀轨迹如图5所示。
当e=2、Δd=4程序格式N050G71U4R1；
走刀轨迹如图7所示。
在教学仿真中可通过直接修改e数值由0.5变成2，以其它参数不变的情况下，对于图5和图7的虚线进行比较，直观表现出e的意义与作用。
其它参数，可通过类似方式，进行演示。图中右上角所示为程序，表现每个参数深含其“内”在意义，细线是刀具“外”部行动轨迹，通过真实的三维加工仿真过程，让学生在观察中加深理解，达到“内外兼修”的目标。
■
图7 e为2的刀轨 图8 半球头阶梯轴
3 化繁为简
由G00、G01组合简化到G90、G94单一循环，在此基础上观察G90与G71的走刀轨迹可以发现，后者进一步简化程序。在图1的基础上，当工件形状发生变化时，既要明白“如何做”，又要通过分析、对比选择“如何好”。如图8所示，比较G90与G71的编程方式。
G90编程时候需要对前端根据X2+Z2=R2通过背吃刀量确定X的数值，从而计算出Z的数值，然后转化为编程时工作坐标系中参数。G90方式编程，主要程序段如下。
N040X85Z5
N050G90X80Z-70F100
N060X70
N070X60
N080X50
N090X40
N100X40Z-20
N110X32Z-8
N120X24Z-4
N130X16Z-0.92
N140X8Z-0.4
N160X0Z0
走刀轨迹如图9所示。
G71方式编程，主要程序段如下。
N040G00X85Z5
N050G71U4R1
N060G71P070Q110U2W1F100S800
N070G00X0
N080G01Z0
N090G03X40Z-20R20
N100G01Z-50
N110X85
此时，走刀轨迹如图
10所示。
在G71可减少编程人员的数值计算，节省程序编译周期，特别对于复杂曲面，其轨迹数值运算量较大。对二者走刀轨迹分析，G90方式每次回到循环起点，G70方式通过R值的设置，减少刀具空行程。通过G71方式可将“繁冗”的数值分析工作“简化”到数控编译过程。
在数控仿真教学中，从教学思想、教学设计、教学方法等方面均以学生为中心，调动学习的主动性、创造性。在分析授课内容性质基础上研究学生，运用先进的教学方法，创立适宜的教学模式，将理论与实践整合，提高学生的认知能力、实践能力、探索能力。
