随着数控技术不断进步,数控车床加工中各种复杂型面也日渐增多,如椭圆、抛物线、正弦曲线、余弦曲线和双曲线等各种非圆曲面。对于上述各种复杂成形面,利用CAM软件进行自动编程相对简单,但由于种种原因,在绝大数情况下数控车床主要还是依靠手工编程。目前在数控车床上加工正椭圆已不是难事,一些学者进行过这方面的研究并发表了相关论文。但对斜椭圆零件的加工方面研究较少,主要原因为:①机床数控系统本身既不存在加工椭圆等非圆曲线的G指令,更没有类似数控铣床用G68这样的 旋转指令,使编程难度大大增加;②加工中变量的参数直接影响着加工的效率以及质量,很容易产生过切报警,即使程序正确无误,实际加工时参数调整也非常困难,直接影响加工能否顺利进行,以及加工精度能否保证。
对于如图1所示的斜椭圆零件,笔者在配置华中世纪星车床数控系统(HNC-21/22T)的数控车床上加工成形,加工出的零件如图2所示。
1.相关数学计算
已知:椭圆方程:a2b2(见图1),椭圆上任一点A 点坐标(Z,X):(acosα ,bsinα ),则:。若椭圆绕圆心旋转θ ,则根据旋转公式,求出A 点在工件坐标系(Z0X 坐标系)中的坐标为:
A点:Z:acosαcosθ-bsinαsinθ;
X :acosα sinθ +bsinα cosθ。
注意:椭圆顺时针旋转时,公式中的θ 角取负值;逆时针旋转时,θ 角取正值。
2.程序格式
(1)编程原点为右端面与轴线的交点。
(2)程序为HNC—21T系统格式。
%1234 (程序名) M3S600T0101
G42G00X Z (快速点定位)
#12=起始角(α)(椭圆轮廓起始 点的参数角)
WHILE[#12]LE终点角 (若为凹椭圆 轮廓,则应为WHILE[#12]GE负终点角)
#13=a*COS[#12*PI/180]*COS[θ]- b*SIN[#12*PI/180]*SIN[θ] (椭圆上任一点 Z坐标值)
#14=a*COS[#12*PI/180]*SIN[θ]+b* SIN[#12*PI/180]*COS[θ] (椭圆上任一点 X坐标值)
G01 X[2*#14+U]Z[#13+W]F60 (直线 插补椭圆,U、W为椭圆圆心在编程坐标 系下的坐标,即椭圆平移后需要进行坐标 转换,请注意平移方向,以便确定U、W 的正负)。
#12=#12+0.5 (若为凹椭圆轮廓, 则应为#12=#12-0.5)
G40G00X100Z100M05
M30
3.编程实例
实例如图1所示。
(1)计算起始参数角
根据公式:
可以得到:起始参数角=21.4º。
(2)计算终点参数角
根据公式:,得到:终点参数角=97º。
(3)参考程序如下(HNC-21T数控系统)。
使用数控车床切削零件图如图1所示,毛坯材料为45钢,直径50mm,长度为65mm,椭圆的长半轴和短轴分别为25mm和15mm,旋转角度20º(1号刀为粗车35º尖刀,2号刀为精车35º尖刀,3号刀为切断刀)。
%2
M3S600T0101
G42G00X55Z2
G71 U2 R0.5 P1 Q2 X0.5 Z0.01
F120
G0X100Z100
M3S1500T0202
G0X55Z2
N1 G0 X26.209
G01Z0 F60
#12=21.4
WHILE[#12]LE97
#13=25*COS[#12*PI/180]*COS[20
]-15*SIN[#12*PI/180]*SIN[20]
#14=25*COS[#12*PI/180]*SIN[20]
+15*SIN[#12*PI/180]*COS[20] G01 X[2*#14]Z[#13-20]F60
#12=#12+0.5
ENDW
G02X35.022Z-35R5
G1X48C1
Z-44
X44Z-46
Z-50
N2X50
G00X100Z100M5
M0
M3S700T0303
G00X50Z-45
G01X1F40
G00X50
X100Z100
M30
4.程序中变量的确定与注意事项
旋转椭圆程序变量的赋值是一个重要环节,因为宏程序<