橢球面類零件的數(shù)控加工技術(shù)研究

譚宇梁 何佳

[摘 要] 橢圓面類零件的加工類似于計算機自動編程，在數(shù)控綜合加工技術(shù)中頻繁出現(xiàn)程序修改繁瑣的情況，延長了編制時間，而這一點在技能競賽中劣勢盡顯?，F(xiàn)希望通過實驗驗證宏程序能解決這一問題，提高程序編制效率。具體操作表現(xiàn)為使用球刀層切橢球面，利用IF條件循環(huán)語句，方法上表現(xiàn)為利用兩個平行的循環(huán)語句來編制宏程序，理論上為數(shù)控系統(tǒng)增添了一個循環(huán)往復(fù)的編程功能，使該類零件加工程序標準化、參數(shù)化，以此提高編程效率，并使其更加簡潔明了。

[關(guān) 鍵 詞] 橢球面類零件；數(shù)控技術(shù)；編程

[中圖分類號] TG659 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）30-0038-02

當前時代背景下，數(shù)控技術(shù)由于其更高的勞動生產(chǎn)力，更高的產(chǎn)品質(zhì)量，在機械制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用。在行業(yè)影響上具有突破性的影響力，極大地改變了管理方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)方式，而本次研究方向欲在此基礎(chǔ)上提高編程效率。

一、研究意義

數(shù)控基礎(chǔ)是機械制造業(yè)最根本的基礎(chǔ)，在該技術(shù)基礎(chǔ)上才可以更好地實現(xiàn)集成化、柔性化、自動化的生產(chǎn)，目前所處階段常被利用的CIMS、CAD等技術(shù)都是數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)的發(fā)展衍生物，同等意義上說，有了數(shù)控技術(shù)，制造技術(shù)才能在原有基礎(chǔ)上更好更快的發(fā)展。

國防現(xiàn)代化與數(shù)控技術(shù)也密不可分，是極其重要的戰(zhàn)略性物質(zhì)，國防現(xiàn)代化背景下數(shù)控技術(shù)擁有重要的戰(zhàn)略地位。此外，數(shù)控技術(shù)作為重要組成部分，廣泛應(yīng)用于國際貿(mào)易，被大多數(shù)工業(yè)發(fā)達國家視為利潤值大且具有很高附加值的出口產(chǎn)品，其貿(mào)易出口地位可見一斑。

若將數(shù)學(xué)方法與編程相互融合促進，理論上應(yīng)能使得零件更為精確，程序編程更為簡單，并具有高效率的操作性。本課題將以橢球類精簡數(shù)控車加工為例，研究證明其高效精確性，并為以后的實際操作提供理論基礎(chǔ)支撐。

二、相關(guān)研究背景

中國工程物理研究院機械制造工藝研究所劉宏等人針對多種相同結(jié)構(gòu)、不同尺寸的橢球曲面精密銑削的編程和加工所存在的問題，提出了應(yīng)采用加工信息指令和幾何信息指令構(gòu)成的雙指令來提升機床數(shù)控系統(tǒng)編程能力，同時將HANUC數(shù)控系統(tǒng)作為研究對象，對橢球曲面精密銑削的雙指令加工技術(shù)進行深入的研究分析，實現(xiàn)了橢球曲面面向機床編程的加工技術(shù)。最后通過數(shù)控加工，驗證其技術(shù)路線的可行性、編程的效率和加工技術(shù)的可靠性。

三、實例研究分析

（一）橢球類零件數(shù)控車加工方法

1.圓弧逼近法

橢圓加工法多應(yīng)用于加工精確度較低的情況，即四心圓法，主要運用以近似點繪制圓弧、以拼接連成橢圓，機械制圖中稱為橢圓的近似畫法。但因其近似原理并不能完全還原橢圓，有所誤差表現(xiàn)，因此精確度不夠高。

2.直線逼近法

直線逼近法多應(yīng)用于精確度高的情況，誤差極小，可直接繪制出標準的橢圓形狀。理論上說，只要步距足夠小，所產(chǎn)生的誤差值就小，精確度越高，即便零件產(chǎn)生了設(shè)置范圍內(nèi)能出現(xiàn)的最大誤差，也遠遠達不到要求誤差。直線逼近法最常利用數(shù)控車床代碼指令對橢圓進行加工，通過輸入代碼指令編程，使得數(shù)控機床按照指示完成特定的代碼指令，以達到控制數(shù)控車床的作用。該方法多用于雙曲線、拋物線等特殊非標準圓的曲線工件加工。此外，該類型針對工藝路徑和形狀相同的，僅有尺寸大小之分的零件同等適用。參數(shù)編程具有其獨特的優(yōu)勢，精確程度不可比擬，并能提高編程效率，具有一定的可操作性，擴展工件適用范圍，使得加工標準化、參數(shù)化。

（二）程序的編寫方法

零件圖是程序在實際編寫過程中的對象和基礎(chǔ)，而相對應(yīng)的編寫辦法則要通過橢圓的線性方程確定。即是說，以橢圓的線性方程為編程理論依據(jù)，而值得注意的一點是，需要區(qū)別直角坐標方程和極坐標方程，這二者的編程方法是不同的。

橢圓參數(shù)方程為：x=a*（sinα），y=b*（cosα）

橢圓的直角坐標系方程為：x2/a2+y2/b2=1

（三）實例研究

如圖1所示，加工如下零件材料為45號鋼，毛坯是φ30x100，T1是30°尖刀（菱形刀片）。

1.已知長軸和短軸，繪制橢圓的方式方法有多種，常用的即是上述所提第一種——四心圓法。但也只能用于精度要求不高的情況，否則誤差會相對較大，即工件不合格。具體操作步驟如下：第一步，利用計算機CAD軟件進行橢圓的繪制；第二步，測量圓弧的半徑和切點并記錄?？芍貜?fù)操作，以確保其相對精準性。如圖2所示。

程序如下：

O1213

M03 S1000

T0101

G00 X35 Z5

G01 X0 Z0 F100

G71 U1 R0.7

G71 P10 Q20 U0.1 V0.1 F60

N10 G03 X10.93 Z-2.96 R6.53 F20 S1200

G03 X24 Z-30.7 R29.22

G01 Z-50

N20 G01 X 27

G00 X100 Z100

M09

M30

2.參數(shù)編程加工橢圓。若此類非標準圓曲線工件對于精度有所要求，而上述四心圓法并不能滿足其要求，此時需要采用參數(shù)編程對其加工，增加其精準度。長軸a=20，短軸b=13，橢圓終點坐標z=-30.7，現(xiàn)用直線插補法近似橢圓，利用宏程序加工橢球零件。如圖3所示。

程序如下：

O1214

M03 S800

T0101

G00 X32 Z5

G71 U2 R1

G71 P10 Q30 U0.3 W0 F20

N10 G01 X0 F60 S1000

Z0

# 101=0

N20 # 102=20*COS [# 101]

# 103=13*COS [# 101]

G01 X [#103*2] Z [#102-20]

#101=#101+1

IF [# 101LE124] GOTO20

G01Z-50

N50 G01 X27

G70 P10 Q50

G00X100Z100

M05

M30

四、結(jié)語

本文主要研究橢球類精簡數(shù)控車加工，對于不同的精準度要求所采用方法不同，利用CAD軟件得出結(jié)果圖，進行比對，研究證明其高效精確性；采用宏程序進行編程，具有簡單、可操作性強等特點。

雖然目前橢球類零件已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，但有關(guān)研究并不透徹，還有待發(fā)展。本文研究針對范圍較小，系統(tǒng)研究不夠深入，還需要在后續(xù)研究中進一步加強。

參考文獻：

[1]張飛鵬，雒鈺花.基于參數(shù)編程的凸凹橢球面加工[J].新技術(shù)新工藝，2009（6）：31-33.

[2]赫英歧.巧用宏程序加工橢球面[J].科技經(jīng)濟市場，2008（10）：14-15.