数控车床加工椭圆的方法

高金华

江苏省昆山第二中等专业学校，江苏昆山 215300

1 概述

二维轮廓的椭圆形零件在日常生活中使用得非常多，尤其是在机械制造业中更是应用广泛，但是，该零件加工起来的难度是非常大的。椭圆形零件的加工方法有很多种，比较常见的有以下几种：在普通车床上进行近似加工[1]；根据椭圆的形成原理，设计专用的加工装置进行加工[2]；在数控车床上利用“虚拟轴”原理实现椭圆曲线的数控加工[3]；利用圆弧逼近法[4]、直线逼近法加工等。本文仅讨论利用直线逼近法（宏程序）加工椭圆。

2 直线逼近法

现今，计算机和自动化技术发展迅速，数控车床相关技术也随之不断进步，给椭圆形截面零件的加工创造了很好的条件。从目前的技术来说，各种数控车床进行椭圆加工的插补原理基本相同，不同的是实现插补运算的方法。圆弧插补与直线插补是两种常用的实现插补运算的方法，但是目前还没有椭圆插补。因为受到各方面的限制，尤其在设备和条件方面，通常我们无法手工来编制程序，必须借助于电脑来实现。一般来说，通过拟合运算及直线逼近法编写宏程序来加工椭圆。宏程序指令适用于抛物线、双曲线、椭圆等没有插补指令的非圆曲线编程；还适用于图形相同，只是尺寸不同的一系列零件编程，同样还适用于工艺路线一样，只是位置数据不同的系列零件的编程。相比于其他编程方法，宏程序实现椭圆形截面零件的加工的优点在于，其能有效的简化程序，提高程序的运行速度，并且能扩展数控机床的使用范围。

3 用户宏程序法

数控车床通过程序来实现某项功能，将编写的程序存储在数控车床中，并将这些实现某项功能的程序用某个简单命令代表，利用数控车床进行加工时，只需要写入代表命令就可以执行相应的功能，极大的减少了操作流程，提高了工作效率。其中，把存入数控机床的一组程序称作用户宏程序主体，简称为宏程序；把代表命令称作用户宏程序命令，简称为宏命令。这样，工作人员操作数控车床时，只需记忆实现某项功能的宏命令即可，不需要记忆繁琐的宏程序。能够进行变量间的相互运算是宏程序的最大优点。利用宏命令能够把实际值赋予某个变量，利用数控车床加工椭圆的过程中，可以通过间接幅值和直接幅值的方式对宏程序中的变量进行赋值。

1）直接赋值：使变量直接等于即时值或某项数值的方法。

#1=55（表示变量#1等于55）

#2=#3（表示变量#2等于#3的值）

2）间接赋值：就是用演算式赋值，即把演算式内演算的结果赋于某个变量。

如图1所示，车削1/4椭圆的回转轮廓曲线。车削从点A到点B，采用直线逼近法在Z向分段，以0.2mm（0.5度）为一个步距,就可以编制一个只用变量不用具体数据的椭圆,不必更改宏程序,而只要修改主程序中宏指令段内的赋值数据就可以.现利用椭圆的直角坐标方程和极坐标方程来编制宏程序。

图1 间接赋值加工椭圆

4 利用椭圆直角坐标方程编制宏程序

其中a为椭圆短轴（a=15），b为椭圆长轴（b=30）

编制参考程序如下：（以FANUC Series 0i Mate-TC数控系统为例）

（毛坯φ62mm）

O0001；

N10 G98 G21 F200;

N20 T0101;

N30 M03 S800;

N40 G00 X65 Z35;

N50 G73 U30 R15;

N60 G73 P70 Q140 U0.3 W0;

N70 #1=30;（Z轴起始位置）

N80 #2=30;（椭圆长轴半径）

N90 #3=15;（椭圆短轴半径）

N100 #4=#3*SQRT [1-（#1*#1）/（#2*#2）];（椭圆短半轴变量数值）

N110 G01 X（2*#4） Z（#1）F200;（椭圆插补）

N120 #1=#1-0.2;（Z轴步距）

N130 IF(#1 GE 0 ) GOTO 110;（符合条件，则跳转到N110程序段）

N140 U2；

N150 G70 P70 Q140 S1000 F100；

N160 G00 X100；

N170 Z150；

N180 M05；

N190 M30；

5 利用椭圆极坐标方程编制宏程序

椭圆极坐标方程为：X = B*SINα

Z = A*COSα（0°≤α≤90°）

其中A为椭圆长轴（A=15），B为椭圆短轴（B=30）编制参考程序如下：（以FANUC Series 0i Mate-TC数控系统为例）

（毛坯φ62mm）

O0001；

N10 G98 G21 F200;

N20 T0101;

N30 M03 S800;

N40 G00 X65 Z35;

N50 G73 U30 R15;

N60 G73 P70 Q140 U0.3 W0;

N70 #1=30;（椭圆长轴半径）

N80 #2=15;（椭圆短轴半径）

N90 #4=0; （椭圆起始角度）

N100 G01 X [#2*SIN（#4）]Z [#1*COS（#4）]F200;（椭圆插补）

N110 #4=#4+0.5;（角度变量）

N120 IF(#4 LE 90 ) GOTO 100;（符合条件，则跳转到N100程序段）

N130 U2；

N140 G00 X100；

N150 Z150；

N160 M05；

N170 M30；

在上述两例中可以看出，这是两个通用的椭圆加工宏程序，只要改变起刀点的坐标及A（a）、B（b）三个赋值，便可加工任意椭圆。同时，我们也可以看到Z轴步距和角度每次增加的大小和最后工件的加工表面质量有较大关系，即记数器的每次变化量与加工的表面质量和效率有直接关系。希望读者在实际应用中注意。

6 结论

随着我国经济的发展和科学文化水平的提高，数控车床取得飞速发展，数控车床具有加工精度高、加工质量高和加工范围广等优点，其发展潜力不容小觑。利用传统车床加工椭圆的方法比较复杂，不容易实现，但是采用数控车削法可以相对容易的解决非圆截面加工难题，提高加工效率，为企业创造更多的经济效益。

[1]刘晓初.一种在机床上加工椭圆零件的近似方法.机械制造，1998(2).

[2]张增林，等.椭圆、摆线形成定理及加工装置的设计.机械设计，1994(3).

[3]邱继红.数控机床加工椭圆曲线的一种新编程法.组合机床与自动化加工技术，1999(4).

[4]徐守敬.数控车床加工椭圆的技术探讨.机械制造，2006(9).

[5]瞿瑞波主编.数控机床编程与操作.北京：中国劳动社会保障出版社，2006.

[6]北京发那科机电有限公司 BEIJING-FANUC 操作编程说明书.北京发那科机电有限公司.

[7]孙竹编著.数控机床编程与操作.机械工业出版社，1996.

[8]李平惠，李爽立.浅谈数控车床加工椭圆.科技信息，2010(11X).

[9]钱萍.数控车床加工正椭圆曲线的编程方法.农业装配技术，2009(6).