数控车床加工椭圆类零件的初步探讨

1、 数控车床加工椭圆类零件的初步探讨 摘要：本文以SIEMENS802S/C 数控系统为例，介绍在数控车床上加工椭圆类零件的多种方法。采用圆弧逼近法四心法，可以采用一般G指令加工出精度要求不高的椭圆形状；采用直线逼近法参数编程，可以加工出精度要求高的椭圆形状。关键词：数控车床 车削椭圆类零件 圆弧逼近法 直线逼近法 R参数 在技工学校高级数控的培训课题中，椭圆类零件的加工是不可或缺的内容。椭圆的加工属于非圆曲线的特殊零件加工，相对比较复杂。在数控车床上加工该类零件，我们一般采用逼近法：圆弧逼近法和直线逼近法。1、 圆弧逼近法圆弧逼近法是采用多段圆弧逼近椭圆的加工方法，利用机械制图中绘制椭圆的近似

2、画法（四心法），求得多段圆弧的切点和半径来加工椭圆。在加工精度要求比较低的情况下可以考虑用此方法。（1）加工原理 通过机械制图近似绘制椭圆的方法，画出椭圆。椭圆是由四段圆弧组成的。如图1所示。 画出长轴AB与短轴CD，连接AC并在AC上截取AF，使其等于AO与CO之差CE. 作AF的垂直平分线，使其分别交于AB和CD于O1点和O2点。 分别以O1点和O2点为圆心，O1A和O2C为半径作出圆弧AG和CG,，该圆弧即为四分之一的椭圆。 用同样的方法画出整个椭圆。（2）计算组成椭圆的四段圆弧半径、切点坐标等数据。（3）编写加工程序 只要计算出如O1、O2、G点坐标，O1A和O2C的半径数值等就很容易

3、编写加工这四段圆弧的程序。 2、直线逼近法直线逼近法是采用多段直线逼近椭圆的加工方法，应用这种方法加工非圆曲线时，只要步距足够小，在工件上所形成的最大误差，就会小于所要求的最小误差，从而加工出标准的椭圆。常用的直线逼近法，加工精度高。 直线逼近法加工椭圆是通过参数编程来加工的，用数控车床的普通G代码指令是难以加工的。参数编程指令适合抛物线、椭圆、双曲线等非圆曲线编程,还适合于图形相同，只是尺寸不同的系列零件编程，同样适用于工艺路径一样，只是位置数据不同的系列零件的编程。使用参数编程可以极大的提高编程效率，大大简化程序，并能够扩展数控机床的使用范围。本文主要以SIEMENS802S/C 数控系统

4、为例，介绍使用参数编程加工椭圆的方法。 ( 1 ) 加工原理 SIEMENS系统中R参数作为变量，通过对R参数进行赋值、运算等处理，从而使程序实现规律变化的动作，从而提高编程的灵活性和适用性。使用R参数编程时可以用变量代替具体数值，因而在加工同一类的零件时，只需要将实际的值赋予变量即可，不需要对每一个零件都编一个程序。 （2）程序的编写方法 在编写时需根据零件加工的图纸已知条件，选择椭圆方程的极坐标方式还是直角坐标方式，从而确定参数编程的具体编写方法。 （3）椭圆的极坐标方程为x=bxsin; z=axcos 椭圆的直角坐标方程为：x2 /b2 +z2 /a2 =1 3、实例加工加工如图2零件

5、，材料为45号钢，毛坯32 x100，T1尖刀。（1）四心法加工椭圆 如果零件对椭圆精度要求不高，则采用四心法来加工。 用计算机绘制测绘的方法绘制椭圆。 测量出四段圆弧的半径、切点。如图3所示。SIEMENS802S/C 精加工参考程序（毛坯：32 x100）TJ.MPFG90 G95 G54 M08M03S1600T1(尖刀)G00 X35 Z5G01 X0 Z0 F0.1G03 X16.854 Z-4.573 CR=10.051 X22.662 Z-29.577 CR=28.307G01 Z-60X 33 G00 X100 Z100 M09M30（2）参数编程加工椭圆 如果零件对椭圆精度要

6、求高，则须采用参数编程来加工 。 直角坐标方程编程 如果已知椭圆终点坐标X值或Z值。 根据椭圆方程分析加工零件的已知条件。由椭圆直角坐标方程公式x2 /b2 +z2 /a2 =1知：长轴a=20 短轴b=13,椭圆终点坐标z=-29.577 (终点坐标x可以不知道) SIEMENS802S/C 精加工参考程序（毛坯：32 x100） TJ2.MPF G90 G95 G54 M08 M03 S1600 T1(尖刀) G00 X35 Z5 G01X0 Z0 F0.1 R1=13 MA1:R2=(13/20)*SQRT(20*20-R1*R1) G01 X=2*R2 Z=R1-13 R1=R1-0.

7、1 IF R1>=-29.577 GOTOB MA1 G01X35 G00X100 Z100M09 M30 极坐标方程编程 如果已知椭圆终点坐标的转角a或极坐标。例：加工图4所示椭圆零件，已知椭圆终点转角，此时，需要利用极坐标方程来加工椭圆。已知椭圆终点转角如何求得椭圆终点极坐标角度。由极坐标法绘制椭圆的公式x=bxsin; z=axcos，终点转角a=1300,长轴a=20,短轴b=13,如图5所示，须求得椭圆终点极坐标角度 。通过如图6所示的几何角度分析，求得a和值之间的关系式：已知a,求设长轴a=20=OC,短轴b=R13=OD解：tan a=AB/OA AB=AC-BC=a x

8、sin(a-b) x sin = b x sin OA=a x cos tan a=AB/OA=b/a tan tan=a/b tan a=cot(a/b tan a)结果求得：=cot(20/13 tan130)=cot(-1.833) =-61.390=118.610SIEMENS802S/C 精加工参考程序（毛坯：32 x100）TJ3.MPFG90 G95 G54 M08M03 S1600T1（尖刀）G00 X35 Z5G01X0 Z0 F0.1R1=20 R2=13 R3=0 R4=118.610MA2: R5=R1*COS(R3) R6=R2*SIN(R3)G01 X=2*R6 Z

9、=R5-13R3=R3+0.01IF R3<=R4 GOTOB MA2G01 X35 G00X100 Z100M09 M304、技术探讨在SIEMENS802S/C系统上进行椭圆类零件的粗、精加工，怎样编程？下面介绍一种编程方法，可以解决该类零件的粗、精加工的问题。（见图4椭圆部分）例：TJ4.MPF AA1.SPFG90 G95 G54 G00X35 Z5M03 S500 G01X0 Z0 F0.1T1(尖刀) (粗加工) R2=13G00 X35 Z5 MA2: R3=(13/20)*SQRT(20*20-R2*R2)R1=5 G01 X=2*R3 Z=R2-13G158 X=R1 Z=0 R2=R2-0.1MA1: AA1 IF R2>=-29.577 GOTOB MA2R1=R1-1 G01X35IF R1>=0 GOTOB MA1 G00Z