喻廷紅，李小強(qiáng)

（四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000）

平面橢圓凸臺零件，是一種常見的非圓曲線類零件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)中，以滿足從動件的運(yùn)動需要。由于橢圓其各處曲率半徑不斷變化，形狀特殊，在加工中常采用仿形銑床、數(shù)控銑床或者加工中心來完成。

1 仿形加工銑削

對于橢圓這類非圓曲線，可有效利用仿形機(jī)床進(jìn)行仿形加工。普通仿形銑床除普通銑床功能外，還具有仿形功能，如果靠模成橢圓形，其銑刀能通過靠模和靠模仿形機(jī)構(gòu)，對零件進(jìn)行橢圓仿形銑削。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控仿形銑床。數(shù)控仿形銑床除有數(shù)控銑床功能外，還具有數(shù)字化的仿形系統(tǒng)，能將靠模數(shù)字化，并進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、鏡像、陣列等功能，其仿形速度和精度，接近或達(dá)到數(shù)控銑床的水平，可進(jìn)行各種曲面輪廓的仿形加工。

仿形銑床加工橢圓非常便利，只要靠模為橢圓，就能通過靠模形狀加工出橢圓。而且，仿形銑床成本較加工中心而言，要低很多。但因為其橢圓靠模需要單獨(dú)制作，這在無意間也增大了制造的成本。此外，隨著靠模在仿形加工中的磨損，對零件的加工精度也將產(chǎn)生重要的影響。而仿形銑床的加工類型，通常為在普通銑床上難加工的輪廓形狀。雖然對于橢圓加工存在便利，但是在實際工廠加工中，加工的性能仍顯單一，降低了機(jī)床的利用率。

2 手工編程銑削加工

在數(shù)控銑床和加工中心上常見的插補(bǔ)功能，為直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，可直接用于直線段和圓弧段的加工，不能直接對橢圓進(jìn)行加工。因此需要利用現(xiàn)有插補(bǔ)功能，在橢圓上找多個節(jié)點(diǎn)，將其分解成多個直線段或圓弧段，每個直線段或圓弧段采用相應(yīng)的插補(bǔ)指令，以此來完成橢圓加工，即直線擬合或圓弧擬合。

在加工條件下，選擇的節(jié)點(diǎn)越多，得到的形狀越近似于橢圓；節(jié)點(diǎn)越多，其中涉及的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值的計算也就越復(fù)雜。此外，圓弧擬合涉及刀具路線呈圓弧形，相較于直線擬合，其插補(bǔ)計算和走刀路線更為復(fù)雜，操作人員的編程難度更大。因此，對于橢圓手工編程，常采用直線擬合方式完成。

橢圓是到兩定點(diǎn)間的距離之和等于一常數(shù)的點(diǎn)的集合（如圖1）。以橢圓中心為原點(diǎn)，得到平面橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程為

其中，

a為長半軸長度；

b為短半軸長度?？芍獧E圓參數(shù)方程

θ為離心角，即橢圓上任意點(diǎn)為P，OP段與X軸之間的夾角。

橢圓上各點(diǎn)的位置均是以X、Y坐標(biāo)值表示，長半軸a和短半軸b是固定值，因此可將離心角θ可作為變量，以表達(dá)橢圓上各點(diǎn)坐標(biāo)值。

圖1 橢圓坐標(biāo)圖

采用直線擬合，需要先在橢圓上找到各節(jié)點(diǎn)。為計算方便，可采用一定的數(shù)學(xué)規(guī)律找尋相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。如圖1，通過橢圓參數(shù)方程，可先設(shè)定離心角的初始值α，以離心角θ作為變量，每次執(zhí)行完一次直線插補(bǔ)后，θ角遞增β值，直至完全加工好橢圓為止。

此外，為了使橢圓起始段過渡光滑平整，在對加工路線選擇時，可選入曲率半徑最大處切向切入，切出時，同時為消除下刀處的接刀痕，在完成橢圓后，可在原橢圓軌跡上多走一段距離。其加工程序示例如下：

3 自動編程銑削加工

與手動編程不同，自動編程是編程人員根據(jù)零件圖樣的要求，利用計算機(jī)輔助設(shè)計制造專用軟件，使用數(shù)控語言，由計算機(jī)自動地進(jìn)行數(shù)值計算及后置處理，自動生成零件的加工程序。實現(xiàn)自動編程的CAM軟件，常用的有UG、PRO/E、MASTERCAM、POWERMILL、CAXA制造工程師等，可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動的自動編程，并進(jìn)行仿真模擬。

加工橢圓凸臺，可以利用CAM軟件，對其進(jìn)行三維造型，選擇合理的切入切出路線，合適的切削用量，生成相應(yīng)的加工程序。由軟件自動計算數(shù)值，可避免操作人員進(jìn)行繁瑣的計算，優(yōu)化加工精度，有效地提高編程效率。

但其不足之處也顯而易見。橢圓凸臺程序的生成，實際也是直線擬合和圓弧擬合，這就涉及到大量的節(jié)點(diǎn)位置，通常會造成空行程多，程序冗長，程序所占內(nèi)存大，不利于機(jī)床程序的在線傳輸和連續(xù)加工。在實際加工中，CAM軟件生成的程序，往往不能直接放到機(jī)床上加工，還需要根據(jù)其后置處理文件的不同，對程序做出相應(yīng)的修改。

4 結(jié)束語

仿形銑削加工通過靠模仿形，操作過程相對簡單，但精度難保證；在手動編程銑削加工中，采用宏程序編程，程序精煉，但方程復(fù)雜，涉及很多數(shù)學(xué)理論；采用軟件自動編程，程序較長，所占空間大，但精度高，能進(jìn)行仿真加工。3種方式各有優(yōu)劣。在平面橢圓臺實際加工中，應(yīng)視加工環(huán)境的情況，選擇合適的方法。

[1]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]劉向紅.基于手工編程的任意平面曲線加工方法研究[J].機(jī)械工程師，2009，(8)：96-97.

[3]陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.