數(shù)控車床加工橢圓的方法

高金華

江蘇省昆山第二中等專業(yè)學校，江蘇昆山 215300

1 概述

二維輪廓的橢圓形零件在日常生活中使用得非常多，尤其是在機械制造業(yè)中更是應用廣泛，但是，該零件加工起來的難度是非常大的。橢圓形零件的加工方法有很多種，比較常見的有以下幾種：在普通車床上進行近似加工[1]；根據(jù)橢圓的形成原理，設計專用的加工裝置進行加工[2]；在數(shù)控車床上利用“虛擬軸”原理實現(xiàn)橢圓曲線的數(shù)控加工[3]；利用圓弧逼近法[4]、直線逼近法加工等。本文僅討論利用直線逼近法（宏程序）加工橢圓。

2 直線逼近法

現(xiàn)今，計算機和自動化技術發(fā)展迅速，數(shù)控車床相關技術也隨之不斷進步，給橢圓形截面零件的加工創(chuàng)造了很好的條件。從目前的技術來說，各種數(shù)控車床進行橢圓加工的插補原理基本相同，不同的是實現(xiàn)插補運算的方法。圓弧插補與直線插補是兩種常用的實現(xiàn)插補運算的方法，但是目前還沒有橢圓插補。因為受到各方面的限制，尤其在設備和條件方面，通常我們無法手工來編制程序，必須借助于電腦來實現(xiàn)。一般來說，通過擬合運算及直線逼近法編寫宏程序來加工橢圓。宏程序指令適用于拋物線、雙曲線、橢圓等沒有插補指令的非圓曲線編程；還適用于圖形相同，只是尺寸不同的一系列零件編程，同樣還適用于工藝路線一樣，只是位置數(shù)據(jù)不同的系列零件的編程。相比于其他編程方法，宏程序?qū)崿F(xiàn)橢圓形截面零件的加工的優(yōu)點在于，其能有效的簡化程序，提高程序的運行速度，并且能擴展數(shù)控機床的使用范圍。

3 用戶宏程序法

數(shù)控車床通過程序來實現(xiàn)某項功能，將編寫的程序存儲在數(shù)控車床中，并將這些實現(xiàn)某項功能的程序用某個簡單命令代表，利用數(shù)控車床進行加工時，只需要寫入代表命令就可以執(zhí)行相應的功能，極大的減少了操作流程，提高了工作效率。其中，把存入數(shù)控機床的一組程序稱作用戶宏程序主體，簡稱為宏程序；把代表命令稱作用戶宏程序命令，簡稱為宏命令。這樣，工作人員操作數(shù)控車床時，只需記憶實現(xiàn)某項功能的宏命令即可，不需要記憶繁瑣的宏程序。能夠進行變量間的相互運算是宏程序的最大優(yōu)點。利用宏命令能夠把實際值賦予某個變量，利用數(shù)控車床加工橢圓的過程中，可以通過間接幅值和直接幅值的方式對宏程序中的變量進行賦值。

1）直接賦值：使變量直接等于即時值或某項數(shù)值的方法。

#1=55（表示變量#1等于55）

#2=#3（表示變量#2等于#3的值）

2）間接賦值：就是用演算式賦值，即把演算式內(nèi)演算的結果賦于某個變量。

如圖1所示，車削1/4橢圓的回轉(zhuǎn)輪廓曲線。車削從點A到點B，采用直線逼近法在Z向分段，以0.2mm（0.5度）為一個步距,就可以編制一個只用變量不用具體數(shù)據(jù)的橢圓,不必更改宏程序,而只要修改主程序中宏指令段內(nèi)的賦值數(shù)據(jù)就可以.現(xiàn)利用橢圓的直角坐標方程和極坐標方程來編制宏程序。

圖1 間接賦值加工橢圓

4 利用橢圓直角坐標方程編制宏程序

其中a為橢圓短軸（a=15），b為橢圓長軸（b=30）

編制參考程序如下：（以FANUC Series 0i Mate-TC數(shù)控系統(tǒng)為例）

（毛坯φ62mm）

O0001；

N10 G98 G21 F200;

N20 T0101;

N30 M03 S800;

N40 G00 X65 Z35;

N50 G73 U30 R15;

N60 G73 P70 Q140 U0.3 W0;

N70 #1=30;（Z軸起始位置）

N80 #2=30;（橢圓長軸半徑）

N90 #3=15;（橢圓短軸半徑）

N100 #4=#3*SQRT [1-（#1*#1）/（#2*#2）];（橢圓短半軸變量數(shù)值）

N110 G01 X（2*#4） Z（#1）F200;（橢圓插補）

N120 #1=#1-0.2;（Z軸步距）

N130 IF(#1 GE 0 ) GOTO 110;（符合條件，則跳轉(zhuǎn)到N110程序段）

N140 U2；

N150 G70 P70 Q140 S1000 F100；

N160 G00 X100；

N170 Z150；

N180 M05；

N190 M30；

5 利用橢圓極坐標方程編制宏程序

橢圓極坐標方程為：X = B*SINα

Z = A*COSα（0°≤α≤90°）

其中A為橢圓長軸（A=15），B為橢圓短軸（B=30）編制參考程序如下：（以FANUC Series 0i Mate-TC數(shù)控系統(tǒng)為例）

（毛坯φ62mm）

O0001；

N10 G98 G21 F200;

N20 T0101;

N30 M03 S800;

N40 G00 X65 Z35;

N50 G73 U30 R15;

N60 G73 P70 Q140 U0.3 W0;

N70 #1=30;（橢圓長軸半徑）

N80 #2=15;（橢圓短軸半徑）

N90 #4=0; （橢圓起始角度）

N100 G01 X [#2*SIN（#4）]Z [#1*COS（#4）]F200;（橢圓插補）

N110 #4=#4+0.5;（角度變量）

N120 IF(#4 LE 90 ) GOTO 100;（符合條件，則跳轉(zhuǎn)到N100程序段）

N130 U2；

N140 G00 X100；

N150 Z150；

N160 M05；

N170 M30；

在上述兩例中可以看出，這是兩個通用的橢圓加工宏程序，只要改變起刀點的坐標及A（a）、B（b）三個賦值，便可加工任意橢圓。同時，我們也可以看到Z軸步距和角度每次增加的大小和最后工件的加工表面質(zhì)量有較大關系，即記數(shù)器的每次變化量與加工的表面質(zhì)量和效率有直接關系。希望讀者在實際應用中注意。

6 結論

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和科學文化水平的提高，數(shù)控車床取得飛速發(fā)展，數(shù)控車床具有加工精度高、加工質(zhì)量高和加工范圍廣等優(yōu)點，其發(fā)展?jié)摿Σ蝗菪∮U。利用傳統(tǒng)車床加工橢圓的方法比較復雜，不容易實現(xiàn)，但是采用數(shù)控車削法可以相對容易的解決非圓截面加工難題，提高加工效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

[1]劉曉初.一種在機床上加工橢圓零件的近似方法.機械制造，1998(2).

[2]張增林，等.橢圓、擺線形成定理及加工裝置的設計.機械設計，1994(3).

[3]邱繼紅.數(shù)控機床加工橢圓曲線的一種新編程法.組合機床與自動化加工技術，1999(4).

[4]徐守敬.數(shù)控車床加工橢圓的技術探討.機械制造，2006(9).

[5]瞿瑞波主編.數(shù)控機床編程與操作.北京：中國勞動社會保障出版社，2006.

[6]北京發(fā)那科機電有限公司 BEIJING-FANUC 操作編程說明書.北京發(fā)那科機電有限公司.

[7]孫竹編著.數(shù)控機床編程與操作.機械工業(yè)出版社，1996.

[8]李平惠，李爽立.淺談數(shù)控車床加工橢圓.科技信息，2010(11X).

[9]錢萍.數(shù)控車床加工正橢圓曲線的編程方法.農(nóng)業(yè)裝配技術，2009(6).