数控车床上椭圆的编程与零件的加工.doc

数控车床上椭圆的编程与零件的加工 机电一体化 ./012345607 数控车床上椭圆的编程与零件的加工 北京市工贸技师学院机电分院 （ ） 卢增怀 !#$ 在教学和工作实践中，椭圆是具有代表性的非圆曲 线形式，我们通常采用以下两种宏程序编制方式来加工 椭圆形零件。 ! 椭圆标准方程加工椭圆 ! #! 椭圆标准方程为： # $ 为椭圆的长半 ! $! 轴， 为短半轴。数控车床编程时需编程原点与工件零 $ 点重合，需将椭圆 （）轴负向移动长半轴的距离， 图 ! ! % 使起点为 ，因此椭圆方程变为椭圆圆心转移到零点方 ! ! ! ! % ） ；设 为 （ ）；设 为 （ ） % $ & ! & ! $ ! & ! $ 程：（ ! ! （ ! ! ） ） ! & ! $ & # & #$ & $ # $ （中间变量，运算）；设 为 坐标值 （结果）。 * ! 在数控车床坐标系中 轴等于图中的 轴， 轴 ! # % 在 向移动步距编程加工时，需知道椭圆的 向 % % 等于图中的 轴。因此公式变为：（ ! ! （ ） ! ! % % $ & 起点、终点，椭圆圆心相对编程原点的 、 坐标值。 ! % ! ! （见图）。 ） $ $ ! $ & $ 椭圆加工宏程序格式：（循环语句编程） ；椭圆 轴起点坐标 $ # + + % （椭圆 轴终点坐标） ； ,-./0 $ 12 + + % 34$ （原点至椭圆心距离） （原 ! # $ & % + $ & % 点至椭圆心距离） 长半轴 长半轴； 5 + 短半轴 短半轴； # $ & ! ； # 6782 （轴原点到椭圆心距离）； 代表直径编 * # ! ! ! 程 （运算后的 坐标值） ；执行直线插补 图 $ 1%$ 9 * ! : $ ;% $ ； 向每次进给 步距 $ # $ & % * % % * （ ! 公式推导： （ % % $ ）! 0 3$；循环结束，返回开始34$ ! ! $ * $ ! $ （椭圆终点坐标值） （椭圆终点坐标值）；修正运算 ! 1%$ 9 : ! 终点的误差 （ ） 求出： （ % % $ ）! ! ! * $ ! $ $ # 椭圆参数方程加工椭圆 ! 在加工时利用每次移动 轴一个步距的方法，通 % 参数方程加工椭圆是将椭圆曲线以角度的方式，分 过椭圆方程计算相对应的 ! 轴的坐标值，再使用直线 解为若干以 （）为单位的步距角，通过椭圆参数方程 插补方式运用直线拟合法一步步加工出椭圆轮廓。步距 计算步距角改变后，椭圆曲线所对应的 、 点坐标 ! % 分的越小加工出的椭圆曲线精度越高 （见图 ）。 ! 值，再运用直线插补形式来加工椭圆的一种方法。椭圆 编程时由于受数控系统每行输入字符数的限制，不能 参数方程原理示意图如图 所示。 一次将数值代入公式中，需设置几个变量将公式分解。 图 中 为椭圆长半轴 ， 为椭圆短半轴 ， +, +- $ 设 为 坐标值 （变量，已知）；设 为 （ $ % ! % & 设点 的坐标是 （ ， ）， 是以 为始边、 为 . ! # ! +! +, #$% 年第& 期 冷加工 ! #$%& $* $ &+,- ./012,3 机电一体化 零件的加工难点：包括椭圆曲线的宏程序编制，如 何保证同轴度、端面跳动的位置精度要求，表面粗糙度 要求及各项尺寸精度要求。 针对这些技术难点，我们选用高精度的小巨人 ./01213 45 * - 6* 7 数控车来加工该零件。因小巨 人数控车精度较高可以确保各项尺寸精度要求；装夹上 采用自车软爪装夹工件可保证位置精度要求。为防止加 工干涉，选择山特维克主偏角 、刀尖角 外圆车 ,*89 669 图 ! 刀，并根据零件材料为硬铝的特性，选用加工铝合金专 终边的正角，取 为参数，那么 用刀片，同时编程中使用恒线速功能，以保证表面粗糙 ! ! # # $ # $%&! 度要求。 加工工序安排上，先加工左端面及 ,:; 外圆保 % ; 孔留余量；用软爪夹 ,:; 外 因此椭圆参数方程为： ! $%&! 圆，编粗加工循环程序加工椭圆曲线轮廓，留余量。再 次精车软爪装夹 ,:; 外圆，精车 +*; 孔至尺寸公 % & ! 转换为数控车的坐标系后参数方程： 差；编制宏程序，选择由内到外走刀路线加工出椭圆曲 * $%&! 线。 ! & ! 根据零件端面复杂曲线的特点，采用主程序调用两 ! 椭圆曲线零件的工艺分析与加工 个分别为凹椭圆曲线和凸椭圆曲线宏程序的编程格式。 （）用椭圆标准方程编制椭圆加工程序 小巨人数 *+ 年底，某研究院拿来一件制作用于科学研究的 零件加工模具凸模板 （见图 ）。要求尽快加工出两 控车使用 01215 . 7? A :+*5 数控系统编程，具有 + 件，以保证该研究项目的顺利完成。 BC 编程界面，可方便地输入很长的字符，不需设置许 多变量来分解公式，可一次输入公式所有内容，使编程 更简单方便。 编程时分析图中椭圆的位置和方向，可以看出椭圆 的焦点在 轴上，即数控车坐标系的 轴。因此在设 % ! 计加工方式时，选择在 轴分步加工可获得更高的精 ! 度。 % ! 焦点在 轴的椭圆标准方程为： D , % 在数控车床坐标系中 轴 ! 等于图中的 轴， 轴等于图中 % * 的 轴 （见图 ）。因此公式变 ! 6 为： ! * D , 图 + 零件图中 间的椭圆曲 （）零件的工艺分析 凸模板为盘类零件，由两个 , , 线构成的椭圆长半轴为 ，短半 不同圆心位置的长半轴相同、短半轴也相同的椭圆，一 * 个取, - + 凹椭圆曲线，一个取, - + 凸椭圆曲线，通过一 轴为,*，椭圆圆心相对编程原点 条直线与两椭圆曲线相切，构成了在端面上的复杂椭圆 坐标 ! , 6E，* , F , ，将数 图 6 曲线形零件。 值代入方程得出 年第 期:8 冷加工 #$% & !G #$%& G $* G $ 机电一体化 #$%& *+,%- $ $ $ （ ） （ ） （ ） 1$%； ! ! # & $ & $ & ! $ $ $% % % % +# ； $ %$ + ； （ ） ! ! # ! ! % %+ % % ； $ 7% % ! 5;0/ % ! % ! # # % ! （ ） ! ! # ；凹椭圆开方取 号 * % ! ! $ # A ! $ ! ； 同理求得 间的椭圆 9 $ 9% $ # % . % 3% + % % & %+ ； $ （ ） ! ! # ； 63 % 2B %$ 91/1% * % ! ! + ,:； 根据计算的数值编制凸模板精加工程序如下： + ! 间的椭圆曲线加工程序：椭圆圆心坐标! ,-.-/012 345617 8 %/ 数控系统编程。 # ! + 主程序： 1$%$%； 1$%； % : ； 9:8 5$% ,+； %$ %# ； 9% 5$% ;%； %+ % % ； /%$%$ ； 7% % 5;0/ % ! % ! # # % ! # A 9% $% .+ ,#； ；凸椭圆开方取 号 ! + & 9% 9 $ +#； ； 9 $ 9% $ # % . % 3% 9% .% 3% +； % % & %+ ； 9% # 3% %； ； 63 % 2B %$ 91/1% 9%+ 8 . ! : 0:； 9% . ! $； ,:； 98 ?$% 2； 经过对程序和加工参数的多次修改和试切，终于加 9% #$ #: . ! $ % #； 工出了两件各项精度均符合工艺要求的凸模板，保证了 98 ?$%$% 2； 用户研究项目的顺利进行。 9% $# . ! +； 9% 9 % $#% ,:； 通过凸模板的加工，使我们尝试了宏程序在实际工 9% .$% ,； 作中的具体应用，是理论与实践相结合的具体体现。同 ,+%； 时提高了自己在数控实习中的宏程序教学水平，为今后 宏程序： 轴分步，计算 向坐标点，直线拟合 ! 的数控教学和生产积累了丰富的经验。 加工 间的椭圆曲线加工程序：椭圆圆心坐标 $ ! （收稿日期： ） $% %$8 # ! $ $ （上接第 页） 息的集成和优化，对数控系统信息实行共享、共管。数 $: 控系统的网络一般分为 级： 区域网络：实现计划、 当一个通道出现故障时，另一个通道应起作用。 + ! 对于 类的的控制系统除也必须采用 类的要求和 生产、资源的管理与调度。单元级：协调多台机器的 C 运转和操作，实现各种服务。 现场网络：实现 与 安全原则外，还要求在控制系统中的单项故障不应导致 # 7D 安全功能丧失，在下一个有关安全功能指令发出时或发 伺服间的通信与控制，指挥机床的各种设备按要求的顺 序动作。通信实现把 与 紧密结合，构造成现代数 出之前查明单项故障。如果不能查明，那么，故障的积 6/ ,/ 累不应导致安全功能丧失。和 类一样， 类的控制系 控技术。它大大激发和增加了制造系统上层智能功能， + 统也要求安全电路具有冗余结构，即双通道的结构。当 使数控系统具有更高的性能和功能。由于控制器的柔 一个通道出现故障时，另一个通道应起作用。由于控制 性，单台机床变得更灵巧、可以通信和重构；可