楊 旭，魏雅麗

（四川科技職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，四川 成都611745）

基于宏程序橢圓弧面螺紋編程與加工

楊 旭，魏雅麗

（四川科技職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，四川 成都611745）

為解決橢圓弧面螺紋的手工編程加工技術(shù)難題，分析非圓曲線直線逼近法節(jié)點計算的方法，運(yùn)用等間距直線段逼近法，解決橢圓的編程問題。根據(jù)走刀路線設(shè)計出通用性強(qiáng)的橢圓弧面螺紋宏程序。宏程序為零件的加工提供技術(shù)支持，大大減小橢圓弧面螺紋的編程計算工作量，具有廣泛的推廣使用價值和學(xué)術(shù)價值。

橢圓弧面；宏程序編程；螺紋

目前數(shù)控技術(shù)比賽、實際生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)曲線的加工，為了解決這一問題，需對曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)點的密化求出曲線各點坐標(biāo)。然后應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)常用指令直線段或圓弧段逼近非圓曲線。直線段逼近，數(shù)學(xué)處理較簡單；圓弧段逼近，數(shù)學(xué)處理過程比直線段逼近要復(fù)雜一些。綜合考慮算法實現(xiàn)的難度和加工精度，本文采用直線段逼近法進(jìn)行手工編程，而不采用圓弧段逼近，很好地解決了曲面加工問題，具有廣泛的實用價值。

嚴(yán)亞萍［1］對橢圓面上圓弧螺紋的編程方法進(jìn)行研究，為數(shù)控技術(shù)比賽和實際生產(chǎn)中解決此類問題提供了依據(jù)。助理實驗師計小輩［2］通過研究參數(shù)化編程解決橢圓弧面螺紋的加工。碩士呂孝敏［3］對二次曲線的擬合進(jìn)行了分析，探索二次曲線加工的精度控制，解析各類二次曲線的宏程序加工。碩士吳志光［4］通過對FANUC 0i系統(tǒng)宏程序在二次曲面離散逼近算法進(jìn)行深入研究，通過宏程序成功實現(xiàn)常見的二次曲面的離散逼近插補(bǔ)，在研究成果基礎(chǔ)上進(jìn)行典型試驗，取得了圓滿成功。碩士王宇飛［5］對NURBS曲線的擬合算法，進(jìn)、退刀路算法，三維復(fù)雜曲面算法進(jìn)行分析，建立了適用于高速銑削的算法模型。通過此次研究，開發(fā)出若干項適合高速銑削的宏程序模塊，并編寫出大量實用的宏程序，編成庫文件。

1　非圓曲線直線段常用逼近算法的實現(xiàn)

直線段逼近非圓曲線包括等間距法、等角度法、等程序段法和等誤差法等四種。常用的逼近法有等間距法、等角度法。

1.1等間距直線段逼近法的計算

將某一坐標(biāo)軸劃分成許多相等的間距，如圖1所示，沿X軸方向取Δx為等間距長，根據(jù)已知曲線方程y=f（x），可由xi求得yi，求得一系列節(jié)點。操作步驟如下所示。

圖1　等間距直線段逼近法

（1）已知方程y=f（x），根據(jù)等間距Δx求出xi，將xi代入y=f（x）即可求得一系列yi；

（2）（xi，yi）即為每個線段的終點坐標(biāo)，以該坐標(biāo)值或?qū)?yīng)的刀心坐標(biāo)值編制直線程序段；

（3）重復(fù)步驟（1）、（2）直至逼近插補(bǔ)結(jié)束。

1.2等夾角直線段逼近法的計算

二次曲線方程往往可以寫成參數(shù)方程形式，在很多情況下均以夾角作為參數(shù)，對此，可以優(yōu)先考慮等夾角直線段逼近的算法。如圖2所示，根據(jù)二次曲線參數(shù)方程為，由θi求得xi、yi，從而求得一系列節(jié)點。操作步驟如2所示。

圖2　等夾角直線段逼近法

（1）定允許的步長△θ，使得在逼近過程中確保δ≤δmax.

（3）根據(jù)給定夾角△θ求出極角θi，將極角θi代入求得系列點（xi，yi）；

（4）點（xi，yi）即為每個逼近線段的終點坐標(biāo)；

（5）重復(fù)步驟（3）、（4）直至逼近插補(bǔ)結(jié)束。

2　工藝分析

如圖3所示為橢圓弧面螺紋零件，本次采用Siemens801數(shù)控車床進(jìn)行加工，左端為一個臺階軸表面粗糙度為Ra3.2 um，右邊是一個長半軸為5 mm，短半軸為4 mm的橢圓螺紋。用毛坯切削循環(huán)指令LCYC95進(jìn)行加工，車削左端φ24、φ16臺階軸，可以簡化程序。然后用一個開口套夾持φ16臺階，先控制零件總長度100 mm，再毛坯切削循環(huán)指令LCYC95車削右端φ22的臺階軸，切φ18×10的槽，最后用宏程序編程加工橢圓弧面螺紋。

圖3　橢圓弧面螺紋零件圖

3　橢圓編程思路設(shè)計及效果

3.1編程思路及宏程序

圖上未標(biāo)注出任何角度，用橢圓參數(shù)方程編程較困難，所以用橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行編程。橢圓弧面進(jìn)行車削加工，橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程轉(zhuǎn)變成數(shù)控車上的方程即為，把x表達(dá)出，方程變形為，開平方后.以等間距直線段進(jìn)行逼近，Z軸每次遞減0.03，沿Z軸方向取△z為等間距長求出zi，將zi代入即求得一系列xi.橢圓弧螺紋加工程序如下。

3.2加工結(jié)果

如圖4所示為橢圓弧面螺紋零件實物圖。采用宏程序進(jìn)行編程，簡化數(shù)控程序，減少編程時坐標(biāo)尺寸的計算，程序通用性增強(qiáng)。通過檢測零件全部尺寸達(dá)到圖樣要求，加工效率高。

圖4　零件加工效果圖

4　結(jié)束語

本文通過等間距直線段逼近法解決橢圓弧面螺紋二次曲面的編程加工，精度達(dá)到圖樣要求。運(yùn)用宏程序完成規(guī)則復(fù)雜二次曲面的數(shù)控加工。宏程序的簡潔嚴(yán)密，使其通用性極強(qiáng)，具有極好的易讀性和易修改性，避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算、誤差減少、程序簡化，大大提高了編程效率。其具有廣泛的實用價值。

［1］嚴(yán)亞萍.橢圓面上圓弧螺紋的編程方法［J］.機(jī)械工程師，2011，（11）：93-94.

［2］計小輩，王麗敏.橢圓弧面螺紋的參數(shù)化編程與加工［J］.刑臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009，26（1）：90-92.

［3］呂孝敏.基于宏程序的二次曲線數(shù)控加工［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

［4］吳志光.基于fanuc 0i系統(tǒng)宏程序在二次曲面銑削加工中應(yīng)用研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

［5］王宇飛.高速銑削的宏程序研究與應(yīng)用［D］.重慶：重慶理工大學(xué)，2009.

Elliptic Arc Thread Programming and Processing based on Macro Program

YANG Xu，WEI Ya-li
（University for Science and Technology，Chengdu Sichuan 611745，China）

For manual programming processing to solve the technical problems of elliptic arc thread.In this paper，the method of calculatinglthe nodal calculation of the non circle curve line is analyzed，by using equal interval linear approximation method，the programming problem of ellipse is solved.According to the tool path design of universal elliptic arc thread macro program.Macro program for machining provide technical support，greatly reduce the ellipse arc thread programming calculation workload，has wide popularization and use value and academic value.

elliptic arc；macro program；thread

TG62

A

1672-545X（2016）07-0149-03

2016-04-08

楊旭（1985-），男，四川遂寧人，本科，講師，研究方向：機(jī)械制造自動化及數(shù)控技術(shù)應(yīng)用。