数控车椭圆编程与加工方法探讨

【摘要】本文以数控车床加工椭圆零件为例，详细阐述椭圆手工编程的各种方法，并通过实际加工生产，指出椭圆零件手工编程的优越性和各种编程方法的优缺点，给出了合理建议。

【关键词】数控车；椭圆；编程与加工

1.引言

数控车床对椭圆零件的编程方法主要分为自动编程和手工编程两种。使用自动编程软件生成的程序，由于其程序冗长，使得加工时间拉长，加工效率并不高[3]。如果采用手工编程，根据数控机床的性能，合理选择编程方法，既能避免零件程序冗长的缺点，提高加工效率，也能保证零件的加工质量。

对椭圆零件手工编程的方法有轮廓直线拟合编程、四心法椭圆编程和宏程序编程三种。本文针对FANUC 0i Mate TC数控车床，详细介绍各种椭圆编程方法，并对椭圆类零件的编程加工给出了合理建议。

2.轮廓离散逼近拟合编程

不同的数控车床对椭圆零件加工的插补原理基本相同，实现插补运算的方法有直线插补和圆弧插补两种。轮廓离散逼近拟合就是采用直线插补和圆弧插补的原理编程的[1]。

如图1所示零件图（零件毛坯为Φ52棒料），将椭圆轮廓以3.0mm为间距横向等分10部分，得到A、B、C、……G、H、I九个点，以O点为编程原点，得出该九个点的编程坐标如图所示。其中曲线OAB段以三点确定一个圆的方法拟合得到圆弧段OB半径为R16.86（AutoCAD绘图得到）。则该椭圆曲线通过轮廓离散拟合的原理转换成圆弧和若干直线段，这样就可以用一般指令完成零件的编程加工，其NC程序如下：

3.四心法椭圆编程

四心法绘制椭圆是椭圆的一种近似画法，四心法椭圆编程就是采用这种思想，利用AutoCAD绘图软件将椭圆零件图（如图2所示）转换成用四心法绘制椭圆的零件图（如图3所示），将椭圆轨迹转换成圆弧，这样就避免了数控车床上没有椭圆插补功能的不足，利用G02/G03圆弧插补拟合椭圆轨迹，其NC程序为O0002。

4.宏程序编程

宏程序就是采用变量的程序。与一般的程序编制相比，宏程序中的地址字符后为一变量，我们可以根据实际情况给变量赋值，并能进行变量间的计算和跳转[2]。采用宏程序对椭圆零件编程可以分为直角坐标编程和极坐标编程两种方法。

4.1 宏程序直角坐标编程

椭圆的标准方程为：

如图4所示，OA为椭圆短半轴（OA=b），OB为椭圆长半轴（OB=a），α角为椭圆平面角，β角为椭圆极角。结合图4可看出平面角不能完全反映椭圆动点C的长半轴和短半轴。要使椭圆正确加工达到终点，在编程中应将图4中的极角β代替α才是正确的[2]。β角的确定方法有两种：一种可以通过Auto CAD绘图软件直接得出极角，如图5所示平面角度为120°，绘图后得极角为111°；另一种方法也可以通过数学推导公式。（推导过程省略。）将椭圆参数方程转换成数控车用参数方程如下：

5.结论

通过实际加工生产验证，以上编程方法均能完成椭圆零件的加工，其特点如下：

（1）采用轮廓离散编程逼近椭圆时，其椭圆轮廓度与编程所用的步距大小有关，步距越小，加工精度越高，但刻意减小步距来保证加工精度又会使计算量加大，数控系统处理速度降低，进而影响加工效率[1]。

（2）四心法椭圆编程，是将椭圆曲线转换成圆弧，用G02＼G03指令编程，简单易懂，其关键是采用四心法将带有椭圆图纸的椭圆部分转换成圆弧。但其椭圆度差些。

（3）宏程序编程中，其工件加工表面质量主要取决于每次增加Z向歩距或角度大小，增加量越小，其精度越高。当以角度作为变量编程时，其加工精度比前者高，且程序简短，但需要特别注意编程角度为极角，而非平面角度。

用宏程序加工椭圆时，由于椭圆分层切削，加工路径长，在数控竞赛或批量生产时，为节约时间，提高生产效率，可采用前两种方法作为粗加工，切除工件大部分余量，然后调用椭圆宏程序精加工。以上方法各具特色，对于椭圆零件的编程加工，应根据具体情况而定。

参考文献

[1]吴凯.数控车床加工椭圆曲线轮廓编程方法的探讨[J].机械研究与应用，2010（06）：51-54.

[2]俞涛.基于数控车床FANUC系统对椭圆参数化编程的研究[J].机械制造与自动化，2011（1）：97-98.

[3]郭建平.巧用宏程序加工椭圆[J].科技创新导报，2011 （07）：100.