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椭圆形螺纹的数控编程与加工
椭圆形螺纹的数控编程与加工【1】
【摘 要】本文主要围绕椭圆形螺纹在数控车床上的加工，从图形分析、编程思路、刀具选择、程序编制、精度控制等方面进行论述。
采用宏程序编程能较好地解决椭圆形螺纹在数控大赛的加工难题。
【关键词】椭圆 异形螺纹 宏程序 编程
随着数控技能大赛的推广与发展，比赛工件的难度逐渐提高，而螺纹的变化是其中之一。
由原来的车削三角形螺纹，转变为车削梯形螺纹、车削圆弧形螺纹、车削椭圆形螺纹等各类异形螺纹。
而椭圆形螺纹的编程较为复杂，本人结合多年带学生参加数控比赛的经验，总结出椭圆形螺纹的编程与加工方法，又快又好地解决了椭圆形螺纹的加工问题。
一 零件图形分析
图1所示，椭圆形螺纹椭圆长半轴为4.5mm，短半轴为3.5mm，方程式为z2/4.52+x2/3.52=1。
椭圆圆心位于φ64mm的外圆上，螺距为10mm，螺纹切削深度1.5mm。
二 加工刀具选择
由图1可知，可以选择椭圆弧形成形刀具加工，但圆弧必须与椭圆相吻合，制造较为困难，不建议使用。
经多次试验一般选择主偏角为72.5°，刀尖角为35°，主后角为6°～8°，刀尖圆弧半径0.2mm的尖刀进行加工(见图2)。
三 编程思路
椭圆形螺纹就是螺纹形状是椭圆形的，采用刀尖角35°的尖刀加工时，尖刀既要按照椭圆形状运动，又要按照螺纹的规律车螺纹。
编程时主要解决椭圆形状的变化关系，列出逻辑关系式，最后采用宏程序编程。
此题的变量应以椭圆长轴为变量#3，然后根据椭圆方程式求出X坐标值。
单个椭圆形螺纹形状从1点变化至2点(见图3)。
1点至椭圆中心的长度要根据图中给定的数值代入椭圆方程式求出，为3.69。
即#3的变化从3.69变至-3.69。
四 椭圆形螺纹参考程序(以FANUC系统为例)
O0001;(椭圆形螺纹加工)
T0101;(刀尖角35°刀)
M3 S300;
G0 X62 Z10;
#1=4.5;( 椭圆长半轴)s
#2=3.5;( 椭圆短半轴)
#3=3.69;( 椭圆形螺纹起点长度)
N10 #4=SQRT[#2*#2-#3*#3];
#5=#2/#1*#4;
#6=2*[32-#5];(编程坐标系中椭圆中心X值)
G0 Z[#3+10];(螺纹Z轴起刀点)
X[#6];(螺纹X轴起刀点)
G33 Z-45 F10;(车螺纹)
G0 X62;(X向退刀)
Z10;(Z向退刀)
#3=#3-0.2;(Z向逐渐变化0.2)
IF[#3GE-3.69] GOTO10;(判断是否结束)
G0 X62;
Z10;
G0 X100Z100;
M30;
五 精度控制
为了保证零件加工精度，对刀时X向留0.3mm左右的余量，螺纹车完后测量。
通过修改磨耗来修调尺寸，最终达到精度要求。
六 结束语
以上详细分析了椭圆形螺纹的编程、加工及精度控制。
这种编程思路可以延伸出其他类型异形螺纹的编程，如正弦线螺纹等三角函数异形螺纹，圆弧螺纹、抛物线螺纹等二次函数曲线螺纹。
编程时，将上述椭圆函数表达式变换为图纸相应的函数表达式，给出变量的起点终点坐标值，就可以完成相应程序的编制。
同样为防止加工过程中刀具与工件产生干涉，要利用尖形车刀完成加工。
此类异形螺纹编程主要采用宏程序思路通过变量设置，大大简化了复杂形状零件的数控编程计算，减少刀具投入且通用性强。
在实际加工中具有实用意义。
参考文献
[1]顾雪艳.数控加工编程操作技巧与禁忌[M].北京：机械工业出版社，2007
[2]张丽华、马立克.数控编程与加工技术 [M].大连：大连理工大学出版社，2006
数控车椭圆编程与加工方法【2】
【摘要】本文以数控车床加工椭圆零件为例，详细阐述椭圆手工编程的各种方法，并通过实际加工生产，指出椭圆零件手工编程的优越性和各种编程方法的优缺点，给出了合理建议。
【关键词】数控车;椭圆;编程与加工
1.引言
数控车床对椭圆零件的编程方法主要分为自动编程和手工编程两种。
使用自动编程软件生成的程序，由于其程序冗长，使得加工时间拉长，加工效率并不高[3]。
如果采用手工编程，根据数控机床的性能，合理选择编程方法，既能避免零件程序冗长的缺点，提高加工效率，也能保证零件的加工质量。
对椭圆零件手工编程的方法有轮廓直线拟合编程、四心法椭圆编程和宏程序编程三种。
本文针对FANUC 0i Mate TC数控车床，详细介绍各种椭圆编程方法，并对椭圆类零件的编程加工给出了合理建议。
2.轮廓离散逼近拟合编程
不同的数控车床对椭圆零件加工的插补原理基本相同，实现插补运算的方法有直线插补和圆弧插补两种。
轮廓离散逼近拟合就是采用直线插补和圆弧插补的原理编程的[1]。
如图1所示零件图(零件毛坯为Φ52棒料)，将椭圆轮廓以3.0mm为间距横向等分10部分，得到A、B、C、……G、H、I九个点，以O点为编程原点，得出该九个点的编程坐标如图所示。
其中曲线OAB段以三点确定一个圆的方法拟合得到圆弧段OB半径为R16.86(AutoCAD绘图得到)。
则该椭圆曲线通过轮廓离散拟合的原理转换成圆弧和若干直线段，这样就可以用一般指令完成零件的编程加工，其NC程序如下：
3.四心法椭圆编程
四心法绘制椭圆是椭圆的一种近似画法，四心法椭圆编程就是采用这种思想，利用AutoCAD绘图软件将椭圆零件图(如图2所示)转换成用四心法绘制椭圆的零件图(如图3所示)，将椭圆轨迹转换成圆弧，这样就避免了数控车床上没有椭圆插补功能的不足，利用G02/G03圆弧插补拟合椭圆轨迹，其NC程序为O0002。
4.宏程序编程
宏程序就是采用变量的程序。
与一般的程序编制相比，宏程序中的地址字符后为一变量，我们可以根据实际情况给变量赋值，并能进行变量间的计算和跳转[2]。
采用宏程序对椭圆零件编程可以分为直角坐标编程和极坐标编程两种方法。
4.1 宏程序直角坐标编程
椭圆的标准方程为：
如图4所示，OA为椭圆短半轴(OA=b)，OB为椭圆长半轴(OB=a)，α角为椭圆平面角，β角为椭圆极角。
结合图4可看出平面角不能完全反映椭圆动点C的长半轴和短半轴。
要使椭圆正确加工达到终点，在编程中应将图4中的极角β代替α才是正确的[2]。
β角的确定方法有两种：一种可以通过Auto CAD绘图软件直接得出极角，如图5所示平面角度为120°，绘图后得极角为111°;另一种方法也可以通过数学推导公式。
(推导过程省略。
)将椭圆参数方程转换成数控车用参数方程如下：
5.结论
通过实际加工生产验证，以上编程方法均能完成椭圆零件的加工，其特点如下：
(1)采用轮廓离散编程逼近椭圆时，其椭圆轮廓度与编程所用的步距大小有关，步距越小，加工精度越高，但刻意减小步距来保证加工精度又会使计算量加大，数控系统处理速度降低，进而影响加工效率[1]。
(2)四心法椭圆编程，是将椭圆曲线转换成圆弧，用G02\G03指令编程，简单易懂，其关键是采用四心法将带有椭圆图纸的椭圆部分转换成圆弧。
但其椭圆度差些。
(3)宏程序编程中，其工件加工表面质量主要取决于每次增加Z向歩距或角度大小，增加量越小，其精度越高。
当以角度作为变量编程时，其加工精度比前者高，且程序简短，但需要特别注意编程角度为极角，而非平面角度。
用宏程序加工椭圆时，由于椭圆分层切削，加工路径长，在数控竞赛或批量生产时，为节约时间，提高生产效率，可采用前两种方法作为粗加工，切除工件大部分余量，然后调用椭圆宏程序精加工。
以上方法各具特色，对于椭圆零件的编程加工，应根据具体情况而定。
参考文献
[1]吴凯.数控车床加工椭圆曲线轮廓编程方法的探讨[J].机械研究与应用，2010(06)：51-54.
[2]俞涛.基于数控车床FANUC系统对椭圆参数化编程的研究[J].机械制造与自动化，2011(1)：97-98.
[3]郭建平.巧用宏程序加工椭圆[J].科技创新导报，2011 (07)：100.
椭圆形滚道回转支承在随车起重机上的应用【3】
摘 要 明确了随车起重机回转支承选型设计计算工况、受力模型和选型方法，分析了椭圆形滚道回转支承的优点和应用前景。
关键词 随车起重机;椭圆形滚道;回转支承
随车起重机通常安装在载货汽车驾驶室和货厢之间，载荷集中在底盘前轴附近，而汽车底盘前桥的轴承载负荷允许值有严格的规定，禁止超载，一直是采用提高钢材强度等级来减轻随车起重机的自重，材料强度等级提高的同时也带来了成本的提高; 椭圆形滚道回转支承的采用，为随车起重机减轻自重提供了一种新的方法。
1随车起重机回转支承受力模型
随车起重机回转支承通常受轴向力Fa、径向力Fr和弯矩M综合作用，其受力和计算简图见图1。
设计选型以该起重机最小工作幅度，起升最大额定起重量时的工况进行分析计算。
1)滚道直径减小20%左右，仅回转支承、立柱接盘和横梁接盘3项即可较少自重100kg以上，即总重量的5%以上，减重效果明显;
2)安装空间较少100mm以上，效果明显;
3)平均节约原材料136kg，以年产随车起重机1000台计算，每年节约原材料136000kg，以5元/kg计算，每年可节约资金68万元，经济效果明显。
由此可见，椭圆形滚道回转支承在减轻起重机重量、减小安装空间和降低成本、节约原材料方面都具有明显的优势，将在随车起重机产品升级换代中得到普遍推广和采用。
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