趙涓涓

（山西工程職業(yè)學(xué)院， 山西 太原 030009）

1 加工零件及方法

曲面軸是工業(yè)生產(chǎn)上常見的軸類零件，其外形輪廓通常比較復(fù)雜。而橢圓面作為曲面的一種，在工程實(shí)踐的應(yīng)用也非常廣，一般情況下，如果對橢圓進(jìn)行加工，可以選用CAM 軟件進(jìn)行自動編程，也可以選擇用宏程序進(jìn)行手工編程，兩者相比，使用宏程序進(jìn)行編程加工要比自動編程加工更加快捷、高效、靈活。本文主要介紹模擬仿真在數(shù)控車床型號CK6150，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 0i 上，采用用宏程序編程方法完成橢圓的加工。圖1 所示為帶橢圓曲面軸零件。給定的毛坯Φ65 mm×160 mm 的棒料，材料為45 鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)、淬火后具有一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。

圖1 帶橢圓曲面軸零件（mm）

2 工藝分析

2.1 零件圖樣分析

如圖1 所示零件的加工面主要由圓柱面、圓錐面、外溝槽、凹凸橢圓面、內(nèi)孔和內(nèi)螺紋組成。零件車削加工外成形輪廓較復(fù)雜，重要的加工部位為凹凸橢圓曲面，其他部位相對容易加工。該零件加工精度等級為IT8。表面粗糙度要求為全部Ra3.2。

2.2 確定裝夾方案

數(shù)控車削中，該零件可采用三爪自定心卡盤進(jìn)行裝夾定位，保證外圓柱面對內(nèi)孔圓柱面的同軸度要求。

該零件生產(chǎn)類型為單件生產(chǎn)，定位基準(zhǔn)均選擇在外圓柱段的左、右端面。

2.3 刀具及切削用量確定

根據(jù)零件加工要求，需要選用外圓車刀（加工外輪廓、端面、倒角）、外切槽刀（切槽、切斷工件）、中心鉆、螺紋車刀，刀片材料均采用硬質(zhì)合金。刀具選擇和切削用量如表1 所示。

表1 數(shù)控加工刀具使用卡

2.4 編制加工工藝

編制加工工藝，填寫工序卡片（見下頁表2）。

2.5 程序編制，宏程序完成橢圓面加工

2.5.1 完成零件部分輪廓加工

分別用G71、G92 等循環(huán)指令完成只剩凹凸橢圓面的其他所有要素的程序編制，加工生成的零件如下頁圖2 所示。

表2 加工工序卡

圖2 完成部分輪廓加工零件圖（mm）

2.5.2 完成零件加工

換外圓車刀，編制凹凸橢圓面加工程序，完成零件所有要素加工（見圖3）。

圖3 含凹凸橢圓面輪廓圖（mm）

凹凸橢圓面加工是該零件的加工難點(diǎn)，要完成此要素的程序編制，需引入宏程序指令。宏程序是一種具有計(jì)算能力和決策能力的數(shù)控程序[1，2]。宏程序引入了變量和表達(dá)式，還有函數(shù)功能，具有實(shí)時(shí)動態(tài)計(jì)算能力，可以加工非圓曲線，如拋物線、橢圓、雙曲線、三角函數(shù)曲線等。

2.5.2.1 宏程序編程思路

針對橢圓面的加工，采用宏程序編程的思路是采用直線段去逼近橢圓， 這時(shí)關(guān)鍵是求出橢圓象限圓弧上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。而節(jié)點(diǎn)的計(jì)算較復(fù)雜，須借助宏程序中循環(huán)指令處理。求得各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)后， 即可按相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的直線來編寫加工程序。

2.5.2.2 循環(huán)指令格式（當(dāng)……時(shí)，循環(huán)）

格式：WHILE[條件式]DOm；（m=1、2、3）

……

ENDm；

當(dāng)條件成立時(shí)，執(zhí)行WHILE 之后的DOm到ENDm間的程序，程序段DOm至ENDm即重復(fù)執(zhí)行；當(dāng)條件不成立時(shí)，執(zhí)行ENDm語句的下一個(gè)程序段。

2.5.2.3 編程流程圖

完成零件凹凸橢圓面程序編制流程圖如圖4、5所示。

圖4 凹橢圓面編程流程圖

圖5 凸橢圓面編程流程圖

2.5.2.4 程序編制

N500 G54G99T0101

N501 S500M03

N502 G00X70Z2M8

N503 Z-31

N504 #1=20

N505 #2=20

N506 #3=10

N507 WHILE[#1GE-20]DO1

N508 #4=#3*SQRT[1-#1*#1/[#2*#2]]

N509 G01X[60-#4*2]Z[#1-52]F0.3

N510 #1=#1-0.1

N511 END1

N512 G00X70

N513 Z2

N514 M05

N515 M00

N600 G54G95T010

N601 S500M3

N602 G00X50Z-9

N603 #11=20

N604 #5=20

N605 #6=10

N606 WHILE[#11GE0]DO2

N607 #7=-#3*SQRT[1-#11*#11/[#5*#5]]

N608 G01X[40-#7*2]Z[#11-31]F0.3

N609 #11=#11-0.1

N610 END2

N611 G00X70

N612 Z2

N613 X300Z300

N614 M05

N615 M30

3 結(jié)論

圖6 模擬完成零件加工

用宏程序能很好的完成橢圓的程序編制并加工，其仿真模擬如圖6 所示。但在加工橢圓時(shí)，需要有以下注意事項(xiàng)：

1）車削后工件的精度與編程時(shí)所選的步距值有關(guān)[3]。步距值越小，加工精度越高；但減小步距值又會使數(shù)控系統(tǒng)工作量增大，影響進(jìn)給速度，從而降低加工效率。因此，必須根據(jù)加工要求合理選擇步距。

2）對橢圓軸中心與工件坐標(biāo)原點(diǎn)不重合的情況，需要將工件坐標(biāo)系編制后再編程加工。