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橢圓形螺紋的數控編程與加工
橢圓形螺紋的數控編程與加工【1】
【摘 要】本文主要圍繞橢圓形螺紋在數控車床上的加工，從圖形分析、編程思路、刀具選擇、程序編制、精度控制等方面進行論述。
采用宏程序編程能較好地解決橢圓形螺紋在數控大賽的加工難題。
【關鍵詞】橢圓 異形螺紋 宏程序 編程
隨著數控技能大賽的推廣與發展，比賽工件的難度逐漸提高，而螺紋的變化是其中之一。
由原來的車削三角形螺紋，轉變為車削梯形螺紋、車削圓弧形螺紋、車削橢圓形螺紋等各類異形螺紋。
而橢圓形螺紋的編程較為復雜，本人結合多年帶學生參加數控比賽的經驗，總結出橢圓形螺紋的編程與加工方法，又快又好地解決了橢圓形螺紋的加工問題。
一 零件圖形分析
圖1所示，橢圓形螺紋橢圓長半軸為4.5mm，短半軸為3.5mm，方程式為z2/4.52+x2/3.52=1。
橢圓圓心位于φ64mm的外圓上，螺距為10mm，螺紋切削深度1.5mm。
二 加工刀具選擇
由圖1可知，可以選擇橢圓弧形成形刀具加工，但圓弧必須與橢圓相吻合，制造較為困難，不建議使用。
經多次試驗一般選擇主偏角為72.5°，刀尖角為35°，主后角為6°～8°，刀尖圓弧半徑0.2mm的尖刀進行加工(見圖2)。
三 編程思路
橢圓形螺紋就是螺紋形狀是橢圓形的，采用刀尖角35°的尖刀加工時，尖刀既要按照橢圓形狀運動，又要按照螺紋的規律車螺紋。
編程時主要解決橢圓形狀的變化關系，列出邏輯關系式，最后采用宏程序編程。
此題的變量應以橢圓長軸為變量#3，然后根據橢圓方程式求出X坐標值。
單個橢圓形螺紋形狀從1點變化至2點(見圖3)。
1點至橢圓中心的長度要根據圖中給定的數值代入橢圓方程式求出，為3.69。
即#3的變化從3.69變至-3.69。
四 橢圓形螺紋參考程序(以FANUC系統為例)
O0001;(橢圓形螺紋加工)
T0101;(刀尖角35°刀)
M3 S300;
G0 X62 Z10;
#1=4.5;( 橢圓長半軸)s
#2=3.5;( 橢圓短半軸)
#3=3.69;( 橢圓形螺紋起點長度)
N10 #4=SQRT[#2*#2-#3*#3];
#5=#2/#1*#4;
#6=2*[32-#5];(編程坐標系中橢圓中心X值)
G0 Z[#3+10];(螺紋Z軸起刀點)
X[#6];(螺紋X軸起刀點)
G33 Z-45 F10;(車螺紋)
G0 X62;(X向退刀)
Z10;(Z向退刀)
#3=#3-0.2;(Z向逐漸變化0.2)
IF[#3GE-3.69] GOTO10;(判斷是否結束)
G0 X62;
Z10;
G0 X100Z100;
M30;
五 精度控制
為了保證零件加工精度，對刀時X向留0.3mm左右的余量，螺紋車完后測量。
通過修改磨耗來修調尺寸，最終達到精度要求。
六 結束語
以上詳細分析了橢圓形螺紋的編程、加工及精度控制。
這種編程思路可以延伸出其他類型異形螺紋的編程，如正弦線螺紋等三角函數異形螺紋，圓弧螺紋、拋物線螺紋等二次函數曲線螺紋。
編程時，將上述橢圓函數表達式變換為圖紙相應的函數表達式，給出變量的起點終點坐標值，就可以完成相應程序的編制。
同樣為防止加工過程中刀具與工件產生干涉，要利用尖形車刀完成加工。
此類異形螺紋編程主要采用宏程序思路通過變量設置，大大簡化了復雜形狀零件的數控編程計算，減少刀具投入且通用性強。
在實際加工中具有實用意義。
參考文獻
[1]顧雪艷.數控加工編程操作技巧與禁忌[M].北京：機械工業出版社，2007
[2]張麗華、馬立克.數控編程與加工技術 [M].大連：大連理工大學出版社，2006
數控車橢圓編程與加工方法【2】
【摘要】本文以數控車床加工橢圓零件為例，詳細闡述橢圓手工編程的各種方法，并通過實際加工生產，指出橢圓零件手工編程的優越性和各種編程方法的優缺點，給出了合理建議。
【關鍵詞】數控車;橢圓;編程與加工
1.引言
數控車床對橢圓零件的編程方法主要分為自動編程和手工編程兩種。
使用自動編程軟件生成的程序，由于其程序冗長，使得加工時間拉長，加工效率并不高[3]。
如果采用手工編程，根據數控機床的性能，合理選擇編程方法，既能避免零件程序冗長的缺點，提高加工效率，也能保證零件的加工質量。
對橢圓零件手工編程的方法有輪廓直線擬合編程、四心法橢圓編程和宏程序編程三種。
本文針對FANUC 0i Mate TC數控車床，詳細介紹各種橢圓編程方法，并對橢圓類零件的編程加工給出了合理建議。
2.輪廓離散逼近擬合編程
不同的數控車床對橢圓零件加工的插補原理基本相同，實現插補運算的方法有直線插補和圓弧插補兩種。
輪廓離散逼近擬合就是采用直線插補和圓弧插補的原理編程的[1]。
如圖1所示零件圖(零件毛坯為Φ52棒料)，將橢圓輪廓以3.0mm為間距橫向等分10部分，得到A、B、C、……G、H、I九個點，以O點為編程原點，得出該九個點的編程坐標如圖所示。
其中曲線OAB段以三點確定一個圓的方法擬合得到圓弧段OB半徑為R16.86(AutoCAD繪圖得到)。
則該橢圓曲線通過輪廓離散擬合的原理轉換成圓弧和若干直線段，這樣就可以用一般指令完成零件的編程加工，其NC程序如下：
3.四心法橢圓編程
四心法繪制橢圓是橢圓的一種近似畫法，四心法橢圓編程就是采用這種思想，利用AutoCAD繪圖軟件將橢圓零件圖(如圖2所示)轉換成用四心法繪制橢圓的零件圖(如圖3所示)，將橢圓軌跡轉換成圓弧，這樣就避免了數控車床上沒有橢圓插補功能的不足，利用G02/G03圓弧插補擬合橢圓軌跡，其NC程序為O0002。
4.宏程序編程
宏程序就是采用變量的程序。
與一般的程序編制相比，宏程序中的地址字符后為一變量，我們可以根據實際情況給變量賦值，并能進行變量間的計算和跳轉[2]。
采用宏程序對橢圓零件編程可以分為直角坐標編程和極坐標編程兩種方法。
4.1 宏程序直角坐標編程
橢圓的標準方程為：
如圖4所示，OA為橢圓短半軸(OA=b)，OB為橢圓長半軸(OB=a)，α角為橢圓平面角，β角為橢圓極角。
結合圖4可看出平面角不能完全反映橢圓動點C的長半軸和短半軸。
要使橢圓正確加工達到終點，在編程中應將圖4中的極角β代替α才是正確的[2]。
β角的確定方法有兩種：一種可以通過Auto CAD繪圖軟件直接得出極角，如圖5所示平面角度為120°，繪圖后得極角為111°;另一種方法也可以通過數學推導公式。
(推導過程省略。
)將橢圓參數方程轉換成數控車用參數方程如下：
5.結論
通過實際加工生產驗證，以上編程方法均能完成橢圓零件的加工，其特點如下：
(1)采用輪廓離散編程逼近橢圓時，其橢圓輪廓度與編程所用的步距大小有關，步距越小，加工精度越高，但刻意減小步距來保證加工精度又會使計算量加大，數控系統處理速度降低，進而影響加工效率[1]。
(2)四心法橢圓編程，是將橢圓曲線轉換成圓弧，用G02\G03指令編程，簡單易懂，其關鍵是采用四心法將帶有橢圓圖紙的橢圓部分轉換成圓弧。
但其橢圓度差些。
(3)宏程序編程中，其工件加工表面質量主要取決于每次增加Z向歩距或角度大小，增加量越小，其精度越高。
當以角度作為變量編程時，其加工精度比前者高，且程序簡短，但需要特別注意編程角度為極角，而非平面角度。
用宏程序加工橢圓時，由于橢圓分層切削，加工路徑長，在數控競賽或批量生產時，為節約時間，提高生產效率，可采用前兩種方法作為粗加工，切除工件大部分余量，然后調用橢圓宏程序精加工。
以上方法各具特色，對于橢圓零件的編程加工，應根據具體情況而定。
參考文獻
[1]吳凱.數控車床加工橢圓曲線輪廓編程方法的探討[J].機械研究與應用，2010(06)：51-54.
[2]俞濤.基于數控車床FANUC系統對橢圓參數化編程的研究[J].機械制造與自動化，2011(1)：97-98.
[3]郭建平.巧用宏程序加工橢圓[J].科技創新導報，2011 (07)：100.
橢圓形滾道回轉支承在隨車起重機上的應用【3】
摘 要 明確了隨車起重機回轉支承選型設計計算工況、受力模型和選型方法，分析了橢圓形滾道回轉支承的優點和應用前景。
關鍵詞 隨車起重機;橢圓形滾道;回轉支承
隨車起重機通常安裝在載貨汽車駕駛室和貨廂之間，載荷集中在底盤前軸附近，而汽車底盤前橋的軸承載負荷允許值有嚴格的規定，禁止超載，一直是采用提高鋼材強度等級來減輕隨車起重機的自重，材料強度等級提高的同時也帶來了成本的提高; 橢圓形滾道回轉支承的采用，為隨車起重機減輕自重提供了一種新的方法。
1隨車起重機回轉支承受力模型
隨車起重機回轉支承通常受軸向力Fa、徑向力Fr和彎矩M綜合作用，其受力和計算簡圖見圖1。
設計選型以該起重機最小工作幅度，起升最大額定起重量時的工況進行分析計算。
1)滾道直徑減小20%左右，僅回轉支承、立柱接盤和橫梁接盤3項即可較少自重100kg以上，即總重量的5%以上，減重效果明顯;
2)安裝空間較少100mm以上，效果明顯;
3)平均節約原材料136kg，以年產隨車起重機1000臺計算，每年節約原材料136000kg，以5元/kg計算，每年可節約資金68萬元，經濟效果明顯。
由此可見，橢圓形滾道回轉支承在減輕起重機重量、減小安裝空間和降低成本、節約原材料方面都具有明顯的優勢，將在隨車起重機產品升級換代中得到普遍推廣和采用。
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