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椭圆零件在数控车床上的加工
江苏省徐州技师学院 梁丽丽
摘要：随着当前数控车床技术不断进步, 数控车床加工的各种复杂形面也日渐增多，而椭圆等非圆曲线则是出现频率比较广泛的复杂型面。本文通过对椭圆在车床上车削所需要的工艺分析、编程方法、注意事项、等方面及椭圆编程实例，简述了椭圆零件在数控车床上的加工。
关键词：椭圆 编程方法 注意事项
因为并不是所有曲线都可以在数控系统中通过插补指令来完成，比如绝大多数数控系统仅仅提供了直线和圆弧插补。如果加工对象是其它曲线例如椭圆，则需要根据曲线拟合的数学模型，使用数控系统提供的计算参数和程序跳转指令编制出各种曲线的数控加工程序。
椭圆在车床的车削需要宏程序来实现。宏程序与普通程序相比较，普通程序的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，缺乏灵活性和适用性。而在用户宏程序的本体中，可以使用变量进行编程，还可以用宏指令对这些变量进行赋值、运算等处理。以下以FANUC 0I MATE TD数控系统为例简述椭圆零件在数控车床上的加工。
一、 椭圆的编程
椭圆在数控车床上应用较为广泛的宏程序编制方法为椭圆方程的编程方法。而椭圆方程有椭圆参数方程及椭圆标准方程两种。
1. 椭圆参数方程编程椭圆参数方程:
其中a 、b 分别为X、Z 所对应的椭圆半轴。
以下图为例，对其进行参数编程：

#1=0 椭圆开始角度
N10#1=#1+0.1 Z向每次进给量
#2=36*SIN[#1] X向角度变量
#3=30*COS[#1] Z向角度变量
G64G1 X#2 Z#3 XZ判定
IF [#1GT#2] GOTO10 条件判断及跳转
2.椭圆标准方程：
由上式可得：X=a*√1-Z*Z/b*b
其中a 、b 分别为X、Z 所对应的椭圆半轴。
以下图为例，对其进行标准方程编程

#1=30 椭圆中心相对于椭圆起点的距离(自变量）
N10#218*SQRT[1-#1*#1/900] X在椭圆中心的半径坐标值 （应变量）
#3=2*#2 X直径值
#1=#1-0.1 Z向每次进给量
#4=#1-30 Z在工件坐标系中的位置
G64G1X#3 Z#4 XZ判定
IF [#4GT-30]GOTO10 条件判断及跳转
在FANUC系统中采用#作为变量，一般应用#1--#100作为赋值。上述为凸椭圆的编程方法，掌握了凸椭圆的编程方法，凹椭圆的编程方法也就迎刃而解了。思路是一样的，只需对X坐标值进行修改。以下图为例：

#1=13.86 椭圆中心相对于椭圆起点的距离
N10#2=8*SQRT[1-#1*#1/16X16]
#3=2*#2-48 凹椭圆X应变量
#1=#1-0.1 每次进给量
#4=#1-22.5 工件坐标系中Z的起点
G64G1X#3 Z#4
IF[#4GT-35]GOTO10 条件判定及跳转
G64为连续路径车削指令，因为椭圆方程宏程序采用直线逼近方法，是由无数条直线组成椭圆的轮廓，所以需要G64连续路径车削指令，使切削更加连贯。
上述为椭圆方程编制椭圆程序的两种方法，也就是编制椭圆程序的两种思路。但椭圆位置一般不会相对太固定，所以在实际编制中对各个数值的计算都需细心。
二 分析工艺
1. 编程方法的选择
对零件图样分析是编制程序的前提条件。只有通过分析工艺才能确定其编程所需的编制方法，所需指令及尺寸等。
椭圆与其它图素（直线、圆弧）一样，都需进行车削工艺的分析，如椭圆在一个综合零件中的不同位置，所采用的椭圆方程也需合理选择，如下图所示：

如图所示，椭圆在图形的中间部位，没有给定角度值，如果采用参数编程比较复杂，需经过繁琐的计算，降低加工效率。所以采用椭圆方程编程编制其程序应该是比较合理的。不需角度计算，只需把椭圆的各个尺寸代入公式即可。
2. 椭圆程序的应用
椭圆在车削中往往不会只以一个单独的图素的出现，一般都会在一个综合性零件中出现。所以椭圆宏程序一般加在车削固定循环中。FANUC带椭圆循环使用G73。但如果出现内孔椭圆一般使用G71指令将其起始点车削成锥度，再用宏程序单步车削完成。因为G73车削路线为轮廓走刀，不适用于内孔车削。
以上图为例，运用宏程序复合循环中车削椭圆：
M3 S500 T0101 F0.2 #3=2*#2+26.6
G0X45 Z2 #=#1-0.1

G73 U20 R10 #4=#1-52.49
G73 P1 Q2 U0.5 G1 X#3 Z#4
N1 GO X26 IF[#4GT-60.09]GOTO10
G1 Z0 G0 X45
X29.80 Z-2 M3 S1000 T0101 F0.08
Z-25 G0 X45 Z2
X37 Z-45 G70 P1 Q2
#1=7.49 G0 X100
N10 #2=8*SQRT[1-#1*#1/100] Z100
3刀具的选择
加工椭圆时，刀具选择应适当。在加工凸椭圆时，可采用90度-93度外圆偏刀。但在加工凹椭圆时，因为涉及到下切问题，刀具后角应适量偏大。尽量避免因刀具角度问题发生扎刀及干涉问题。
因椭圆加工时余量较大，且不均匀，轮廓有凸有凹，为避免切削热及车刀阻力，尽量选用硬质合金刀具。
三、 注意事项
车削椭圆时应注意变量的赋值与自变量和应变量之间是我相互关系，因为宏程序是利用许多段微小的直线来逼近轮廓的, 取值大了轮廓表面的逼近误差也大。所以每次进给量尽量要小。加工时我们主要是保证工件的质量, 为使工件的几何形状达到要求, 需要减少拟合的误差, 因此我们应该选择一个较小的程序变量
四、 总结
只要掌握了基本椭圆的编程方法，清楚各个变量之间的关系，整理好编程思路，无论遇到什么样的椭圆都能顺利加工出来了。

［参考文献］
1.电子工业出版社高等职业教育教材事业部编《数控机床与数控编程技术》电子工业出版社 2006
2.劳动和社会保障部教材办公室编《数控机床编程与操作》中国劳动社会保障出版社 2005
3.李佳，欧阳渺安，赵小林编《数控机床及应用》清华大学出版社 2001

技师论文

椭圆零件在数控车床上的加工

姓 名： 梁丽丽
身份证号： 341224199009062366
工 种： 数控车工
工作单位： 江苏省徐州技师学院
培训单位： 江苏省徐州技师学院
日 期： 二零一零年四月