数控车床上椭圆的编程加工

1、国家职业资格全省统一鉴定 (国家职业资格二级论文题目:数控车床上椭圆的编程加工姓 名:身份证号:所在省市:数控车床上椭圆的编程加工摘 要:要掌握椭圆的编程方法必须先理解椭圆的数学模型即方 程式,在此基础上理解数控车床加工曲线的实质,然后利用宏程 序来找到椭圆上各点的坐标值,依次加工出连续的各点,若椭圆 的中心发生了平移则只需视具体情况对各点的坐标值进行统一的 调整,就解决了椭圆的编程问题。关键词:数控加工 椭圆 方程 宏程序椭圆曲线是一种复杂的二次曲线,一般只适合在数控机床上 加工,而且椭圆曲线的编程也是比较复杂的。然而,无论是何种 曲线,都是坐标点按照曲线方程连续移动形成的,也就是点动成 线

2、。而构成曲线的点有无数,不可能将每个点都找到,只能根据 精度要求选择适合的间隔找出一些点,把它们连接起来,近似地 表达曲线了。这也是数控加工中编程计算复杂曲线坐标点的一个 基本思路。对于椭圆这类二次曲线的编程现在主要使用手工编程和自动 编程。在手工编程时椭圆上各点坐标值计算非常麻烦,编程也复 杂。我们就会用到宏程序来简化编程。一、椭圆的基本方程图 1所示椭圆长半轴 a 、短半轴 b 。则椭圆方程为:12222=+by a x 在数控车床上根据工件坐标系的建立方法, 我们将 X 轴转变为 Z 轴,将 Y 轴转变为 X 轴,就将数学模型和编程的工件坐标系建立了联系。如图 2所示椭圆方程改变为:12

3、222=+bx a z 。若在上述方程中已知椭圆上某点 P 的 X 坐标值为 1X ,则通过上述方程可计算出该点的 Z 坐标值,即 221bXa a Z -=。因此对椭圆 上的任意点只要知道 X 或 Z 坐标中的一个值就可以通过方程计算出 另一个值,所以椭圆上各点的坐标都可以要求出来。二、数控车床加工曲线轮廓的机理在数控车床加工时,刀具的运动轨迹是折线,而不是光滑的 曲线,只能沿折线轨迹逼近所要加工的曲线运动。实际上是以脉 冲当量为最小位移单位通过 X 、 Z 轴交替插补进行的,由于脉冲当 量很小,所以加工表面仍有较好的质量及表面光洁度,所以我们 将椭圆分为足够多的小段直线来加工,关键只要找出

4、椭圆上各点 的坐标值,问题就解决了。因此结合上述两点内容,我们可以将 椭圆上各点的 x 坐标值或 Z 坐标值中的一个设为可变化的参数,从 加工起点开始,只要使其按一定规律改变参数值 (递增或递减 , 那么通过公式即可计算出另一坐标值,则加工点不断继续,当参 数达到最终值时,加工即达到终点,椭圆曲线也就加工完成了。三、利用宏程序编制椭圆曲线1、 基本的椭圆曲线在上述椭圆中若以 AB 段为例进行编程,若以 x 坐标值为自变 量,将其设为 #l参数,则从 A 点到 B 点的 X 坐标由 0逐渐增大每走一 步增加 0. 1 ilam,一直变化到 b 即到达终点。编程时采用直径编 程则程序中的 x 值应

5、为 2×#1设为 #3, #4为该点的 z 坐标值,程序编图 1 椭圆坐标系 图 2 椭圆编程的工件坐标系制如下 (基本程序 :N10 #1=0N20 #2=bN30 #3=2×#lN40 #4=a×SQRT1-#1×#1/b ×bN50 G0lX#3Z#4N60 #1=#1+O.1N70 IF#1LT#2GOTO 302、椭圆平移后的编程方法(1、上下平移如图 3所示,若将坐标原点沿 x 轴进行上下平移,则只需对基 本程序中 #3即 x 坐标值作偏移修改。 设椭圆中心向上移动距离为 e , 即椭圆上各点的 x 值都增大 2e ,那么 #3=2

6、×#1+2e;若椭圆中心向 下移动距离为 e ,即椭圆上各点的 x 值都减小 2e ,那么 #3=2×#1 2e ;程序中其余部分不必修改。(2、左右平移如图 4所示,若将坐标原点沿 z 轴进行左右平移,则只需对基 本程序中 #4即 z 坐标值作偏移修改。 设椭圆中心向左移动距离为 e , 即椭圆上各点的 z 值都减小 e ,那么 #4=a×SQRT1一 #1×#1/b ×b- e ;若椭圆中心向右移动距离为 e ,即椭圆上各点的 z 值都增大 e ,那么 #4=a×SQRT1一 #l×#1/13×h1+e;程序中

7、其余部分不必 修改。若椭圆中心上下及左右均有平移则应对 x 、 z2个坐标值同时 图 3 坐标原点沿 X 偏移 图 4 坐标原点沿 Z 轴偏移作修改。3、凹椭圆曲线的编程如果掌握了凸椭圆的编程方法之后,凹椭圆的编程也就迎刃而解 了,基本原理是相同的就是对 x 坐标值进行修改。图 3所示椭圆上 半部分各点的 x 坐标为 2e+#3,而下半部分各点的 x 坐标为 2e-#3, 其余都相同。4、不同起点或终点的部分椭圆曲线利用宏程序编程最主要的是选定合适的参数作为自变量,要 明确该参数变化的起始值和最终值。一般要选择所给图样中容易 得到坐标值的参数,所以要视具体条件来定义和终点判别,可以 是 x 值

8、也可以是 z 值,若椭圆采用极坐标方程还可以取圆心角作为 自变量参数例如图 5所示零件加工其中椭圆部分 (设毛坯余量已大 部分切除 可按以下方法编制程序:图 5 加工零件的椭圆部分此图采用公式法编制程序,以椭圆圆心为(0,0编制椭圆 T0101(30尖刀 M3S600F0.2(粗加工 G0X40Z2 G73U6R7 G73P1OQ30UO.3 WO FO.2 N10 G1X45 Z0 X48Z- 1.5 Z-35.54 #1=26.46 #2=-26.46 N20 #3=24×SQRT1-#1×#11600 #4=2×#3 G1 X84一#4 Z#l一62 #1=

9、#l-0.1 IF#1GT#2GOTO 20 N30 G1X50 G0X1O0 Z100 M3 S1500 T0101 F0.08(精加工 G0 X40 Z2 G70 PIO Q20 G0X100 Z100 M5 MO2 图中椭圆的X坐标经历由大变小再由小变大的两次变化规律， 若要以X坐标为自变参数则要编两段循环才能完成所以在上述程 序中我们将z坐标值作为自变量参数，其起点、终点坐标值容易获 得且变化趋势单一稳定从26.46到-26.46，是否到达终点，判断也 较清晰。 四、自动编程 自动编程又称计算机辅助编程，是利用计算机和相应的前置、 后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序的一种

10、编 程方式。零件源程序是计算机进行各种处理工作的依据，其内容 包括零件的形状、尺寸、刀具及其动作、切削条件等方面的参数， 并包括了数控机床各种辅助功能的调用。而前置处理是对源程序 进行编译，进行几何学的计算机处理，将刀具路径计算出来，并 输出刀位文件；后置处理则是计算机与数控机床之间的翻译，它 将前置处理完成的刀位文件通过处理，转变为符合数控装置格式 要求的指令与数值，直接用于数控机床。 如今自动编程主要使用自动编程软件，即CADCAM软件，根 据用户对零件的要求，自动生成刀具轨迹和加工程序。自动编程 操作具体包括以下几个步骤： (1几何造型，(2加工工艺分析，(3刀具轨迹生成，(4刀位验 证 及刀具轨迹编辑，(5后置处理，(6数控程序生成。 五、刀具选择 由于椭圆加工时余量较大，且不均匀，轮廓有凹有凸，为减 少切削热和较大的车削阻力，避免出现扎刀和切削干涉现象，应 采用硬质合金刀具，并要根据具体情况选择合适的刀具几何角度。 一般来说，车削轮廓为外凸的椭圆时，可选择主偏角为 90 o - 93 o ，为避免发生切削干涉应选择较大的副偏角。为了减少刀 尖磨损，提高椭圆加工精度，应