仿G71指令的橢圓內(nèi)孔零件數(shù)控加工編程設計*

陳作越，蔣 勇，王小娥

（樂山職業(yè)技術學院機電工程系，四川樂山 614000）

仿G71指令的橢圓內(nèi)孔零件數(shù)控加工編程設計*

陳作越，蔣 勇，王小娥

（樂山職業(yè)技術學院機電工程系，四川樂山 614000）

針對如何加工零件內(nèi)孔為橢圓輪廓研究不足的問題，分析了其加工中存在的主要難點，提出了仿G71指令進行數(shù)控加工編程設計的解決方法，建立加工模型，編寫加工程序，應用仿真軟件進行仿真模擬并在機床上完成最終加工。仿真驗證及加工試驗結果表明，仿照G71指令編程完成內(nèi)孔橢圓部分的粗車加工，再應用直線逼近進行橢圓曲線精加工是解決橢圓內(nèi)孔零件的較好方法，同時該加工設計思路具有通用性，同樣適用于除了橢圓外其余二次曲線的軌跡編程。

橢圓；內(nèi)孔加工；二次曲線；宏程序；FANUC系統(tǒng)

0　引言

以橢圓、雙曲線、拋物線等為代表的二次曲線是典型的平面輪廓零件中常見的幾何要素，但是目前的數(shù)控系統(tǒng)，通常而言只能進行直線插補和圓弧插補，并不具備橢圓等二次曲線的插補功能，無法直接寫出能讓其加工的程序指令。對于這類零件特征的加工編程，一般是應用數(shù)控系統(tǒng)中的變量編程，采用小段直線去逼近輪廓曲線的方法來完成含有非圓曲線輪廓的零件編程。

零件中二次曲線的出現(xiàn)又以橢圓輪廓為典型代表，而橢圓輪廓在零件可能以多種不同的具體形式出現(xiàn)，這里僅討論用于數(shù)控車床加工的回轉(zhuǎn)體類零件。

大量的文獻及數(shù)控加工者對二次曲線輪廓類零件進行了工藝分析、編程設計和加工試驗，但是對于數(shù)控車削中的內(nèi)孔輪廓帶二次曲線的零件涉及較少。文獻［1-2］研究了一般情況下，即非圓曲線輪廓的回轉(zhuǎn)中心與數(shù)控車床Z軸重合或平行情況下的編程設計和加工試驗；文獻［3-4］探討了斜橢圓類零件在數(shù)控車削中加工方法，但都沒有涉及到當零件內(nèi)孔為橢圓輪廓時的處理，針對以上研究的不足，本文主要探討橢圓內(nèi)孔零件的數(shù)控加工編程設計。

1　橢圓內(nèi)孔零件加工分析

橢圓輪廓類零件的加工方法通常采用循環(huán)指令嵌套變量的思路來解決，但對于系統(tǒng)而言，并不是每個系統(tǒng)的循環(huán)都能套用宏指令。如果是這樣的情況，由于這類零件并非是標準件，不會批量地生產(chǎn)，為簡化編程，在實際加工中通?？紤]僅僅把精車的程序編制出來，然后用修改刀補的方法逐漸逼近將零件加工出來。這種加工方法，程序設計簡單，操作方式也不復雜，容易接受也易于實現(xiàn)，無論是工藝還是程序都能較好的實現(xiàn)，其本質(zhì)就是類似于G73指令的手工操作，但需要一定的退刀空間。

GSK980TD的G71、G73指令通過驗證可以套用宏指令，但是在FANUC系統(tǒng)中，經(jīng)驗證G71指令是肯定不能套用宏指令的，雖然G73指令能套用，但是因為它本身是輪廓循環(huán)，必須要很大的退刀量和多次空刀切削，在切削效率上會有所降低，更為重要的是，在內(nèi)孔為二次曲線的零件中，是無法提供足夠的退刀量的。

因此，如果遇到了內(nèi)孔為二次曲線的零件，無論是用G73指令還是類似于G73循環(huán)的多刀切削，就會變得束手無策，必須另外考慮加工設計。

實際上，應用G71指令套用宏程序是很好的程序設計思路和方法，如果能實現(xiàn)將是最佳的加工方式，可是FANUC系統(tǒng)用G71無法實現(xiàn)對宏指令的套用，于是，考慮設計一段仿G71的粗車加工程序來實現(xiàn)輪廓的粗車不失為一種解決方法。

在具體的編程操作中發(fā)現(xiàn)，如果要把整個輪廓（包括二次曲線部分、輪廓階梯、錐度等）都考慮進去用一段程序就實現(xiàn)加工將是非常困難的，但是如果僅僅是針對二次曲線的部分設計輪廓粗車程序，之后再對二次曲線輪廓進行精加工，這個難題就將顯得容易多了。

具體的設計思路為：①除了二次曲線輪廓部分，其余部分用G71指令切削；②二次曲線輪廓部分用兩段程序來實現(xiàn)，嘗試編制一段仿G71的粗加工程序完成大部分的余量切削，再用小段直線去逼近輪廓曲線的方法進行輪廓精車。

2　加工模型建立

建立的加工模型如圖1所示，材料為45鋼。內(nèi)孔曲線部分為一段橢圓弧，以工件右端中心為編程零點設定工件坐標系，橢圓圓心位于（X0，Z5）處。本文的加工編程設計僅針對內(nèi)孔部分，外輪廓由于其與一般零件的加工無異，在此不作討論。

圖1　內(nèi)孔橢圓加工模型

3　仿G71的橢圓內(nèi)孔編程設計

以FANUC 0i數(shù)控車系統(tǒng)為載體［5-6］，編程設計好的程序如表1所示。程序內(nèi)容分為五段編輯，N10-N60為第一段鉆孔程序，采用φ23的錐柄麻花鉆完成初始孔的加工；N70-N140為第二段，主要內(nèi)容為完成內(nèi)孔輪廓形狀的切削加工并留出一定的加工余量，但不包括內(nèi)孔橢圓部分；N150-N260為第三段，是這類內(nèi)孔橢圓加工極具特點的部分，即仿G71指令的輪廓切削編程，人為地計算出每次切削循環(huán)終點的X和Z向坐標值，用宏指令設計循環(huán)，完成內(nèi)孔橢圓輪廓部分的粗加工；N270-N330為第四段內(nèi)孔橢圓的精加工程序，采用直線逼近（也叫擬合）法，在 Z向分段，以0.05mm為一個步距，并把X向作為自變量，X作為Z的函數(shù)來設計每一分段的加工點坐標；N340-N390為內(nèi)孔其余部分的加工程序及程序結束部分。

表1　仿G71指令的零件加工編程設計

4　試驗驗證

對文中的工藝設計及程序編制的可行性驗證分仿真和加工兩階段進行。

4.1仿真試驗及結果

仿真試驗依靠斯沃數(shù)控仿真軟件進行，將設計的程序代入并完成模擬加工測試，內(nèi)孔部分加工軌跡如圖2所示，仿真加工效果如圖3所示。

圖2　橢圓弧部分加工軌跡模擬圖

圖3　內(nèi)孔橢圓零件仿真加工效果圖

4.2加工驗證及結果

加工試驗機床選取FANUC 0i-TC系統(tǒng)，在實際加工過程中，除了解決退刀的問題，還要考慮加工時內(nèi)孔不可見的工藝難點，加工完成的零件結果如圖4所示。

圖4　內(nèi)孔橢圓零件加工結果

5　結論與討論

針對如何加工零件內(nèi)孔為橢圓輪廓研究不足的問題，選取典型實例進行分析和討論，通過軟件仿真及數(shù)控加工試驗，結果說明仿照G71指令編程完成內(nèi)孔橢圓部分的粗車加工，再應用直線逼近進行橢圓曲線精加工以此來解決橢圓內(nèi)孔零件加工的工藝設計思路是可行的，文中的程序設計是正確可實現(xiàn)的，以此為例可用來解決相似的橢圓內(nèi)孔類零件加工問題。

值得說明的是，雖然本文只針對橢圓這一種二次曲線輪廓進行了編程設計，但文中提到的工藝設計思路具有通用性，只需要重新合理設定循環(huán)條件公式，同樣適用于除了橢圓外其余二次曲線（雙曲線、拋物線等）的軌跡編程，當遇到類似零件加工生產(chǎn)編程時可應用文中方法進行處理。

［1］王西建，冀勉.宏程序在非圓曲線輪廓車削加工中的應用［J］.組合機床與自動化加工技術，2013（7）：110-114.

［2］陳作越.FANUC系統(tǒng)數(shù)控車削橢圓類零件的通用宏程序編制詳解［J］.煤炭技術，2011（12）：18-19.

［3］趙薇，薛明.斜橢圓類零件數(shù)控車削加工方法研究.組合機床與自動化加工技術，2014（1）：146-152.

［4］赫煥麗，楊彥偉.基于宏程序的斜橢圓數(shù)控車削加工的研究［J］.煤礦機械，2013，34（2）：133-135.

［5］北京發(fā)那克機電有限公司.FANUC Series 0i-TC操作說明書［M］.北京：發(fā)那克機電有限公司，2004.

［6］劉書華.數(shù)控機床與編程［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2001.

（編輯 趙蓉）

The CNC Program Design of G71 Instruction for Machining Parts with Elliptical Profile Inner-hole

CHEN Zuo-yue，JIANG Yong，WANG Xiao-e
（Department of Electromechanical Engineering，Leshan Vocational and Technical College，Leshan Sichuan 614000，China）

Considering the insufficiency of studying how to machine the parts with elliptical profile inner hole，the major difficulties of this machining method is analysed，the solution of using G71 instruction to develop and design the numerical control program is introduced through establishing the processing prototype，compiling the processing program and simulating the processing way by emulating software until complete the actual processing in lathe.The simulation and processing experiment results shows that the adoption of G71 instruction is a better solution for processing the parts with elliptical profile inner hole，through the firstly rough processing the elliptical profile of the part by G71 instruction and then fine processing by line-approaching method.In the meantime，this processing idea also has the wide application for processing the other non-elliptical profile parts.

ellipse；inner hole processing；quadric curve；macro program；FANUC system

TH162；TG659

A

1001-2265（2015）02-0154-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.02.044

2014-05-09；

2014-06-20

四川省教育廳科研項目（14ZB0394）

陳作越（1980—），男，四川樂山人，樂山職業(yè)技術學院副教授，碩士，研究方向為機械制造、數(shù)控加工，（E-mail）14430770@qq.com。