橢球面類零件的數控加工技術研究

譚宇梁 何佳

[摘 要] 橢圓面類零件的加工類似于計算機自動編程，在數控綜合加工技術中頻繁出現程序修改繁瑣的情況，延長了編制時間，而這一點在技能競賽中劣勢盡顯。現希望通過實驗驗證宏程序能解決這一問題，提高程序編制效率。具體操作表現為使用球刀層切橢球面，利用IF條件循環語句，方法上表現為利用兩個平行的循環語句來編制宏程序，理論上為數控系統增添了一個循環往復的編程功能，使該類零件加工程序標準化、參數化，以此提高編程效率，并使其更加簡潔明了。

[關 鍵 詞] 橢球面類零件；數控技術；編程

[中圖分類號] TG659 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）30-0038-02

當前時代背景下，數控技術由于其更高的勞動生產力，更高的產品質量，在機械制造業中被廣泛應用。在行業影響上具有突破性的影響力，極大地改變了管理方式、產業結構以及生產方式，而本次研究方向欲在此基礎上提高編程效率。

一、研究意義

數控基礎是機械制造業最根本的基礎，在該技術基礎上才可以更好地實現集成化、柔性化、自動化的生產，目前所處階段常被利用的CIMS、CAD等技術都是數控技術基礎的發展衍生物，同等意義上說，有了數控技術，制造技術才能在原有基礎上更好更快的發展。

國防現代化與數控技術也密不可分，是極其重要的戰略性物質，國防現代化背景下數控技術擁有重要的戰略地位。此外，數控技術作為重要組成部分，廣泛應用于國際貿易，被大多數工業發達國家視為利潤值大且具有很高附加值的出口產品，其貿易出口地位可見一斑。

若將數學方法與編程相互融合促進，理論上應能使得零件更為精確，程序編程更為簡單，并具有高效率的操作性。本課題將以橢球類精簡數控車加工為例，研究證明其高效精確性，并為以后的實際操作提供理論基礎支撐。

二、相關研究背景

中國工程物理研究院機械制造工藝研究所劉宏等人針對多種相同結構、不同尺寸的橢球曲面精密銑削的編程和加工所存在的問題，提出了應采用加工信息指令和幾何信息指令構成的雙指令來提升機床數控系統編程能力，同時將HANUC數控系統作為研究對象，對橢球曲面精密銑削的雙指令加工技術進行深入的研究分析，實現了橢球曲面面向機床編程的加工技術。最后通過數控加工，驗證其技術路線的可行性、編程的效率和加工技術的可靠性。

三、實例研究分析

（一）橢球類零件數控車加工方法

1.圓弧逼近法

橢圓加工法多應用于加工精確度較低的情況，即四心圓法，主要運用以近似點繪制圓弧、以拼接連成橢圓，機械制圖中稱為橢圓的近似畫法。但因其近似原理并不能完全還原橢圓，有所誤差表現，因此精確度不夠高。

2.直線逼近法

直線逼近法多應用于精確度高的情況，誤差極小，可直接繪制出標準的橢圓形狀。理論上說，只要步距足夠小，所產生的誤差值就小，精確度越高，即便零件產生了設置范圍內能出現的最大誤差，也遠遠達不到要求誤差。直線逼近法最常利用數控車床代碼指令對橢圓進行加工，通過輸入代碼指令編程，使得數控機床按照指示完成特定的代碼指令，以達到控制數控車床的作用。該方法多用于雙曲線、拋物線等特殊非標準圓的曲線工件加工。此外，該類型針對工藝路徑和形狀相同的，僅有尺寸大小之分的零件同等適用。參數編程具有其獨特的優勢，精確程度不可比擬，并能提高編程效率，具有一定的可操作性，擴展工件適用范圍，使得加工標準化、參數化。

（二）程序的編寫方法

零件圖是程序在實際編寫過程中的對象和基礎，而相對應的編寫辦法則要通過橢圓的線性方程確定。即是說，以橢圓的線性方程為編程理論依據，而值得注意的一點是，需要區別直角坐標方程和極坐標方程，這二者的編程方法是不同的。

橢圓參數方程為：x=a*（sinα），y=b*（cosα）

橢圓的直角坐標系方程為：x2/a2+y2/b2=1

（三）實例研究

如圖1所示，加工如下零件材料為45號鋼，毛坯是φ30x100，T1是30°尖刀（菱形刀片）。

1.已知長軸和短軸，繪制橢圓的方式方法有多種，常用的即是上述所提第一種——四心圓法。但也只能用于精度要求不高的情況，否則誤差會相對較大，即工件不合格。具體操作步驟如下：第一步，利用計算機CAD軟件進行橢圓的繪制；第二步，測量圓弧的半徑和切點并記錄。可重復操作，以確保其相對精準性。如圖2所示。

程序如下：

O1213

M03 S1000

T0101

G00 X35 Z5

G01 X0 Z0 F100

G71 U1 R0.7

G71 P10 Q20 U0.1 V0.1 F60

N10 G03 X10.93 Z-2.96 R6.53 F20 S1200

G03 X24 Z-30.7 R29.22

G01 Z-50

N20 G01 X 27

G00 X100 Z100

M09

M30

2.參數編程加工橢圓。若此類非標準圓曲線工件對于精度有所要求，而上述四心圓法并不能滿足其要求，此時需要采用參數編程對其加工，增加其精準度。長軸a=20，短軸b=13，橢圓終點坐標z=-30.7，現用直線插補法近似橢圓，利用宏程序加工橢球零件。如圖3所示。

程序如下：

O1214

M03 S800

T0101

G00 X32 Z5

G71 U2 R1

G71 P10 Q30 U0.3 W0 F20

N10 G01 X0 F60 S1000

Z0

# 101=0

N20 # 102=20*COS [# 101]

# 103=13*COS [# 101]

G01 X [#103*2] Z [#102-20]

#101=#101+1

IF [# 101LE124] GOTO20

G01Z-50

N50 G01 X27

G70 P10 Q50

G00X100Z100

M05

M30

四、結語

本文主要研究橢球類精簡數控車加工，對于不同的精準度要求所采用方法不同，利用CAD軟件得出結果圖，進行比對，研究證明其高效精確性；采用宏程序進行編程，具有簡單、可操作性強等特點。

雖然目前橢球類零件已廣泛應用于各個行業，但有關研究并不透徹，還有待發展。本文研究針對范圍較小，系統研究不夠深入，還需要在后續研究中進一步加強。

參考文獻：

[1]張飛鵬，雒鈺花.基于參數編程的凸凹橢球面加工[J].新技術新工藝，2009（6）：31-33.

[2]赫英歧.巧用宏程序加工橢球面[J].科技經濟市場，2008（10）：14-15.