数控车削椭圆曲线探析

电气技术与自动化 葛晓阳 数控车削椭圆曲线探析 数控车削椭圆曲线探析 葛晓阳 程军 郭军 1 沈阳工业大学辽阳校区 辽宁 辽阳 1 1 1 0 0 3 2 建龙集团抚顺新钢铁有限责任公司 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘要 从四弧逼近法和宏程序编程方法两方面对数控车削椭圆曲线的精加工和粗加工进行 了探讨 用两种方法编制的椭圆曲线粗加工宏程序 解决了 C 7 1指令不能调用宏程序进行粗 加工的问题 使椭圆曲线的粗加工简单易行 关键词 数控车削j 椭圆 宏程序 中图分类号 T G 6 5 9 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 0 0 2 0 1 7 2 0 3 Di s c u s s i o n o f Nu me r i c Co n t r o l Tur ni n g El l i ps e Cur v e CE Xi a o y a n g C HE NG J u n GUO J u n 1 L ia o y a n g C a mp u s S h e n y a n g U n iv e r s i t y o f T e c h n o l o g y L ia o y a n g 1 1 1 0 0 3 C h i n a 2 J i a n lo n g Gr o u p F u s h M R N e w I r o n a n d S t e e l Co mp a n y L T D F u s h u n 1 1 3 0 0 1 C h i n a Abs t r a c t Fin i s h i n g ma c h i n i n g a n d r ou g h ma c hinin g f or nu mer ic c o n t r o l t umi n g e l li p s e c u r v e a r e i n v e s t i g a t e d t hr ou g h f o u r ar c a pp r o x i ma t io n me t h o d a n d t h e ma c r o pr o gr a m me t h od Th e t wo me t h od s ar e u s e d t o p r o g ram t h e mac r o f o r t h e e ll i p s e c u rve r ou g h mac hi nin g t o r e s o l v e t h e pr o blem t h a t G7I c o uld n o t c ar r y ou t r ou g h ma c h i n i n g wi t h t he ma c r o p r og r am By t h e wa y it ma k e s t h e r o u gh mac h i n in g e l li p s e c urve v e r y s i mp l e a n d e a s y Ke y wor ds n u me r ic c o n t r o l t u mi n g e l li p s e ma c r o pr o gr a m 椭圆是数控车床加工中经常遇见的零件轮廓曲线 这 种非圆曲线轮廓是用数控车床的普通 G代码指令难以加 工的 以图 1所 示工件 毛坯为 d 2 6棒料 为例 针对 F A N U C 0 i 系统推荐2种具有实际意义的数控车削椭圆曲 线轮廓方案 图 1 椭 圆曲线工件 1 四弧逼近 法 1 1 四弧逼近 法作 图方法 根据椭圆放样法原理 可确定 4段特定的圆弧 传统 方法为用手工绘图来确定4段特定的圆弧 并用解析法求 出圆弧半径和圆弧连接处点的坐标 然后进行编程 这里 用 A u t o C A D软件进行操作 可做到方便快捷 方法如下 以直角坐标系x o y的原点为圆心 分别以椭 圆的长半轴 n 和短半轴 6为半径作 2个同心圆 他们与坐标轴的交点为 点 A 0 和点B o b 连接A B 在 A B上取点 C 使 B C n b 作 A C的垂直平分线 与 Y轴分别交于点 O 0 和 0 一 Y o 以 O 为圆心 O A为半径作圆 以O 为圆 心 O B为半径作圆 O 圆在 点内切于 O 圆 则圆弧 l A和圆弧 l B光滑连接 构成近似椭圆 利用图1中数 据 n 2 0 b 1 2进行作图 再利用 A u t o C A D的查询功能 便可得知 A 2 0 0 1 5 6 6 1 9 7 6 6 1 9 B 0 1 2 圆 弧 A N 半径为 8 9 3 5 2 圆弧 l 半径为 3 0 4 4 1 3 根据这 些数据就可以利用 F A N U C O i 系统的 G T 1和 G 7 0功能编 制该工件的粗加工和精加工的数控车削程序了 1 2四弧逼近法误差分析 通过固定长轴 改变短轴的方法 用 A u t o C A D绘 出 多组四弧逼近法构建的近似椭圆 并与椭圆绘制功能绘 制的相同长 短轴的标准椭圆进行比较 得出如图2所示 的结论 1 近似椭圆与标准椭圆相比较 误差的最大值均出 现在圆弧A N 段 2 随着椭圆短半轴与长半轴比值 的减小 即椭圆变 扁 误差最大值增大 3 椭圆短半轴与长半轴 比较接近 其比值约大于等 于0 7时 误差较小 作者简介 葛晓阳 1 9 7 1 一 男 满族 辽宁辽阳人 沈阳工业大学辽阳校区工程实践中心工程师 硕士 已发表论文 8 篇 主要从事数 控机床教学和科研工作 1 7 2 h t t p Z Z H D c h i n a j o u r n a 1 n e t c n E m a i l Z Z H D c h a i n a j o u r n a 1 n e t c a 机械制造与自动化 电气技术与自动化 葛晓阳 数控车削椭圆曲线探析 J I Y 一 B f 图 2 四弧逼近法 a u t o C A D 作图 2 宏程序编程方法 2 1 精车椭圆宏程序编程 椭圆的参数方程为 f x a C O S O L 1 Y b s i n a 2 根据图 1 车床加工的椭圆长轴 a在 轴方向 短轴 b 在 轴方向 单纯用外圆车刀精加工椭圆时车刀将沿 和 轴方向做直线插补运动 数学坐标系转化为实际车床坐 标系 式 1 和式 2 应修改为 r a C O S O l 3 X 2 b s i n o t 4 根据式 3 和式 4 编制精车椭圆的宏程序如下 O 0 0 01 1 0 0 2 0 椭圆长半轴 1 0 1 1 2 椭圆短半轴 1 0 2 O 椭圆切 削起点 1 0 3 9 0 椭 圆切削终点 1 0 4 0 5 角度增量 WH I L E 1 0 2 L E 1 0 3 D 0 1 1 0 5 2 1 0 1 S I N 1 0 2 1 0 6 1 0 0 C O S 1 0 2 C O 1 X 1 0 5 Z 1 0 6 F 0 1 1 0 2 1 0 2 1 04 END1 M3 0 角度增量是用线段逼近椭圆的最小等分角度 等分角 度越小椭圆越逼真 2 2 椭圆曲线轮廓粗车宏程序编程 在 F A N U C 0 i 系统上不可以用粗车循环指令 G T 1调 用椭圆精加工的宏程序进行粗加工 因此 一般采用调 整磨耗 计算机绘图确定粗车路线等方法进行椭圆曲线的 粗加工 相对比较麻烦 下面介绍 2种用宏程序编程的椭 Ma c h i n e B u i l d i n g Au t o m a t io n A p r 2 0 1 0 3 9 2 1 7 2 1 7 4 圆曲线粗车方法 a 利用参数方程编制粗车宏程序 根据式 3 和式 4 以角度 为变量 编制粗车的宏 程序如下 00 0 02 荐 1 1 0 2 0 椭 圆长半轴 l 1 l 1 2 椭 圆短半轴 样 1 1 2 9 0 增角初值 1 1 5 O 5 精加工余量 W H I L E 拌 1 1 2 G T0 D O 2 l 1 3 1 1 1 S I N 1 1 2 1 1 4 1 1 0 C O S 1 1 2 C O O X 2 l 1 3 1 1 5 CO l Z 1 l 4 I 1 5 F 0 1 U0 2 w 6 o一 1 1 4 1 1 2 样l 1 2 5 END 2 M3 0 用这种方法粗车椭圆曲线的刀具走到路线示意 图 如图3所示 车刀首先 根据增角 o t 递减计算 出直径进 给量 沿 向进给 计算出 z方向进 给量 沿 向进给 再利用增量编程 的方法使 刀具退 回 z向进给起 始位 置 然后 增角 递 减 重 复上述循环 直至 递减 为 0 粗车完毕 一一一 一一 一 图3 走刀路线示意图 这种方法因以 均匀递减来计算 方向的进给量 因 而使车刀在 方向的进给量由小到大变化 这比较适合椭 圆短半轴与长半轴比较接近的情况 b 利用标准方程编制粗车宏程序 椭圆标准方程为 寺 1 5 根据图 1 车床加工的椭圆长轴 a 在 z 轴方向 短轴 b 在 轴方向 单纯用外圆车刀精加工椭圆时车刀将沿 和 轴方向做直线插补运动 数学坐标系转化为实际车床坐 标系 式 1 和式 2 应修改为 l 73 电气技术与自动化 葛晓阳 数控车削椭圆曲线探析 一 J O 以 为变量 则由式 6 计算得 詈 7 根据式 7 以 方向进给为变量 编制粗车宏程序 如下 00 0 03 1 1 0 2 0 椭 圆长半轴 l 1 1 1 2 椭 圆短半轴 1 1 2 2 4 X方向直径值初值 1 1 4 0 5 精加工余量 WH I L E l 1 2 G E 0 D O 2 1 1 3 1 1 0 1 1 1 S Q R T 1 1 1 1 1 1 0 2 5 1 1 2 1 1 2 C O O x 舞 1 1 2 静 l 1 4 Z 1 1 3 1 1 4 F O 1 粗加工路径 圈4 走到路线示意图 U 0 2 W 6 0一 1 1 3 l 1 2 l 1 2 4 END 2 M3 0 用这种方法粗车椭圆曲线的刀具走到路线示意图如 图4所示 车刀首先给出直径进给量 沿 向进给 根据标 准方程计算出 方向进给量 沿 z向进给 再利用增量编 程的方法使刀具退回z向进给起始位置 然后 均匀改变 直径进给量 重复上述循环 直至粗车完毕 这种方法因车刀在 方向的进给量均匀变化 即每刀 的切深相同 因而更加符合加工的工艺要求 3 结语 四弧逼近法和宏程序编程方法是在实践中总结出来 的数控车削椭圆曲线的较为经济实用的方法 用宏程序编 程方法编制的椭圆曲线粗加工程序 解决了椭圆曲线粗加 工的问题 该程序可做为子程序进行调用 使椭 圆曲线的 粗加工变得简单易行 具有推广意义 参考文献 1 刘佳慧 崔怀德 在 F A N U C系统上建立椭圆曲线插补宏程序 J 制造技术与机床 2 0 0 5 1 2 7 2 8 2 金涛 王卫兵 数控车加工 M 北京 机械工业 出版社 2 0 0 4 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 2 9 机 械别 过与1i 矽 亿 征稿说明 i 1 的办刊宗旨是为机电行业服务 本刊编委凝聚了从事生产管理 教学和科研工作 的具有理论和实践相结合的院士 专家 学者 教授和高级工程师等 技 术力量雄厚 愿与作者 读者共 同努力 力争把该刊 办成本 专业的全国性一 流刊物 2 以机电一体化为特色 突出行业导向性 实用性 前瞻性和编排规范性 主要栏 目 有 综述与展望 机械制造与研究 电气技术与自动化 信息技术 技术讲座 消息与动态等 行业范围涉及机械 与仪表 机床与工具 石化 通用机械 农用机械 重矿 工程机械 发电及输变电设备 热工设备与工业炉窑 电 工器材 汽车与配件 环保净化设备 基础件与元器件等 主要对象 机 电制造企业 科研设计院所 大专院校 从事机电产品设计 科研开发 制造工艺 经营管理 市场营销和教学等专业人 员 3 按照科技论文标准格式有关规定编排 量和单位 应贯彻 G B 3 1 0 0 3 1 0 2 9 3的 规定 文后参考文献的著录格式基本上按 G B 7 7 1 4 8 7的规定 著录项 目 主要责任者姓名 文献题名 刊登的 期刊名称 年 卷 期号和起止页码及下转页码 或图书的出版地 出版社名称和出版年份等 必须齐全 4 投稿注意事项和基本要求 4 1 论文应力求完整性 主要包括文章题名 全部作者姓名 工作单位所在省市名称 邮政编码 摘要 5 0一 2 0 0字 关键词 3 8 个 正文部分和参考文献 要求提供作者姓名的汉语拼音和 题名 摘要和关键词 等的中 2 英文对照 4 2 论文如系某研究基金资助或课题奖励项目时 请注明项 目名称和编号 4 3 请通过电子信箱投稿 本刊地址 南京市珠江路 2 8 0号 1