數控車床加工橢圓的方法

高金華

江蘇省昆山第二中等專業學校，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]；根據橢圓的形成原理，設計專用的加工裝置進行加工[2]；在數控車床上利用“虛擬軸”原理實現橢圓曲線的數控加工[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

現今，計算機和自動化技術發展迅速，數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造了很好的條件。從目前的技術來說，各種數控車床進行橢圓加工的插補原理基本相同，不同的是實現插補運算的方法。圓弧插補與直線插補是兩種常用的實現插補運算的方法，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。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，只是位置數據不同的系列零件的編程。相比于其他編程方法，宏程序實現橢圓形截面零件的加工的優點在于，其能有效的簡化程序，提高程序的運行速度，并且能擴展數控機床的使用范圍。

3 用戶宏程序法

數控車床通過程序來實現某項功能，將編寫的程序存儲在數控車床中，并將這些實現某項功能的程序用某個簡單命令代表，利用數控車床進行加工時，只需要寫入代表命令就可以執行相應的功能，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，工作人員操作數控車床時，只需記憶實現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點。利用宏命令能夠把實際值賦予某個變量，利用數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據的橢圓,不必更改宏程序,而只要修改主程序中宏指令段內的賦值數據就可以.現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數控系統為例）

（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數控系統為例）

（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量有較大關系，即記數器的每次變化量與加工的表面質量和效率有直接關系。希望讀者在實際應用中注意。

6 結論

隨著我國經濟的發展和科學文化水平的提高，數控車床取得飛速發展，數控車床具有加工精度高、加工質量高和加工范圍廣等優點，其發展潛力不容小覷。利用傳統車床加工橢圓的方法比較復雜，不容易實現，但是采用數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，為企業創造更多的經濟效益。

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

[7]孫竹編著.數控機床編程與操作.機械工業出版社，1996.

[8]李平惠，李爽立.淺談數控車床加工橢圓.科技信息，2010(11X).

[9]錢萍.數控車床加工正橢圓曲線的編程方法.農業裝配技術，2009(6).