基于宏程序的帶橢圓曲面復雜軸零件的加工

趙涓涓

（山西工程職業學院， 山西 太原 030009）

1 加工零件及方法

曲面軸是工業生產上常見的軸類零件，其外形輪廓通常比較復雜。而橢圓面作為曲面的一種，在工程實踐的應用也非常廣，一般情況下，如果對橢圓進行加工，可以選用CAM 軟件進行自動編程，也可以選擇用宏程序進行手工編程，兩者相比，使用宏程序進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控車床型號CK6150，數控系統為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，經正火、調質、淬火后具有一定的強度、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、內孔和內螺紋組成。零件車削加工外成形輪廓較復雜，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

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

該零件生產類型為單件生產，定位基準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合金。刀具選擇和切削用量如表1 所示。

表1 數控加工刀具使用卡

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，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算能力和決策能力的數控程序[1，2]。宏程序引入了變量和表達式，還有函數功能，具有實時動態計算能力，可以加工非圓曲線，如拋物線、橢圓、雙曲線、三角函數曲線等。

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， 這時關鍵是求出橢圓象限圓弧上幾個節點的坐標。而節點的計算較復雜，須借助宏程序中循環指令處理。求得各節點坐標后， 即可按相鄰兩節點間的直線來編寫加工程序。

2.5.2.2 循環指令格式（當……時，循環）

格式：WHILE[條件式]DOm；（m=1、2、3）

……

ENDm；

當條件成立時，執行WHILE 之后的DOm到ENDm間的程序，程序段DOm至ENDm即重復執行；當條件不成立時，執行ENDm語句的下一個程序段。

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，需要有以下注意事項：

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

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