橢圓零件在數(shù)控車床上的加工方法
2023-3-7 來源：廣西桂林市機電職業(yè)技術(shù)學(xué)校 作者：張利榮
摘要：橢圓零件的加工是數(shù)控生產(chǎn)中比較難解決的問題，文章通過對配合類橢圓的圖紙進行分析，制定裝夾方案。然后采用宏程序編程、G6.3指令編程和 UG12.0自動編程等方法對配合類橢圓零件進行加工。結(jié)果表明三種編程方法都能解決橢圓加工的問題。
關(guān)鍵詞：橢圓零件 ；編程 ；宏程序 ；UG12 ；自動編程
0 引言
隨著人民生活水平的提高和現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工方法難以適應(yīng)柔性化、復(fù)雜化和高效化的加工要求。在制造行業(yè)，數(shù)控機床的應(yīng)用越來越受到人們的重視，在生產(chǎn)中的普及率也越來越高。由于數(shù)控機床的普及造成了數(shù)控編程人員的缺乏，編程人員的工資也水漲船高，而數(shù)控程序編制的效率和質(zhì)量在很大程度上決定了產(chǎn)品的加工精度和生產(chǎn)效率，它既是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分，也是數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)控編程可以分為手工編程和 CAM 軟件自動編程。對于簡單圓弧和直線組成的零件，通常使用手工編程，簡單的二次曲線可以采用宏程序進行編程。手工編程是自動編程的基礎(chǔ)，宏程序是手工編程的高級形式。復(fù)雜的零件或者特殊形狀的零件一般采用CAM 軟件進行自動編程，自動編程能夠提高編程速度，繪制出零件的形狀后程序出現(xiàn)錯誤的概率低，能有效地提高產(chǎn)品加工效率。
本文介紹在數(shù)控車床上加工橢圓零件，分別采用宏程序 WHILE 指令、升級數(shù)控系統(tǒng)的 G6.3指令和 UG12自動編程軟件等 3種方法，對橢圓零件（圖 1）進行編程和加工，解決了橢圓加工中遇到的編程問題，能夠根據(jù)實際情況選擇合適的編程方式，完成橢圓類零件的加工，達到提高生產(chǎn)效率的目的。
1、橢圓零件的圖紙分析
該橢圓零件屬于兩件配合類的零件，配合好后總長恰好是橢圓的長半軸，橢圓的短半軸正中間是件1和件2的配合位置，配合后如圖1下側(cè)所示。件 1和件 2是 M24×2 6H/6h 的內(nèi)外螺紋配合，螺紋處的倒角為 C1.5。件1左邊是長半軸為 30mm、短半軸為 20mm 的橢圓，右側(cè)是M24×2-6h 的外螺紋，中間為3×2mm 的退刀槽 ；件2是長半軸為 30mm、短半軸為 20mm 的橢圓，里面是直徑為20mm、長度為 20mm 的內(nèi)孔和 M24×2-6H 長度為 18mm的內(nèi)螺紋。未注公差為 GB/T 1804-m，橢圓外表面需要
進行拋光處理。
圖1 需要加工的橢圓零件圖
2、橢圓零件的工藝分析
2.1 件1的工藝分析
車外螺紋時，由于橢圓沒有合適的位置進行裝夾，因此，先加工 M24×2-6h 的外螺紋。3×2mm 的退刀槽精度要求不高，因此退刀槽在螺紋之前加工。右側(cè)螺紋和退刀槽加工好后右側(cè)沒有位置進行裝夾，因此需要車削裝夾夾具，如圖2（a）所示。該夾具是直徑為 30mm、長度為36mm 的內(nèi)螺紋件，然后進行件1的橢圓加工，最后拋光成整個件 1的加工。
2.2 件2的工藝分析
考慮到裝夾的需要，首先加工直徑為 20mm、長度為20mm 的內(nèi)孔，其次加工 M24×2-6H 的內(nèi)螺紋。然后車削裝夾夾具，如圖2（b）所示。該夾具是直徑為 30mm、長度為 50mm 的外螺紋件，然后進行件2的橢圓加工，最后拋光完成整個件 2的加工。
圖2 橢圓零件裝夾方式
3、橢圓零件的裝夾方案
通過分析橢圓零件的工藝，為了保證裝夾精度，設(shè)置裝夾方式如圖2所示。兩種裝夾方式中螺紋處需要配合，因此螺紋的精度需要較高。
4、橢圓零件的加工方法及程序編制
4.1 采用宏程序WHILE加工橢圓
（1）件1的加工。 三爪卡盤夾住直徑 30mm 處的外圓， 伸出長度 40mm， 選擇 93 ° 外圓車刀加工橢圓。切削用量的選擇 ：粗加工主軸轉(zhuǎn)速為 600r/min，進給量為 120mm/min，切削深度為 1mm，精加工主軸轉(zhuǎn)速為 1600r/min，進給量為 100mm/min，切削深度為0.1mm。在橢圓坐標系中，其標準方程為 ：X=20sinФ，Z=30cosФ。從圖1橢圓零件圖上可以看出，橢圓輪廓的起點角度為 0°，終點角度為 90°。采用Ф 角度參數(shù)方程，編制宏程序如下。
（2）件2與件1的加工形狀相同，因此按照裝夾方式2重新裝夾后只需要重新對Z 方向進行刀補設(shè)置，采用件1的程序再運行一遍就能完成件 2的加工。
4.2 選用升級的數(shù)控系統(tǒng)加工橢圓
（1）學(xué)校數(shù)控系統(tǒng)有 GSK980TD、GSK980TDA、GSK980TDC。其中 GSK980TDC 屬于升級了的廣州數(shù)控系統(tǒng)，對特殊形狀的曲線編程有固定的編程指令，如橢圓加工指令為 G6.3。該指令的格式為 G6.3XZABQ。其中 X、Z 為橢圓的終點坐標，A、B 分別為橢圓的長半軸和短半軸，Q 為橢圓的旋轉(zhuǎn)角度。采用 G6.3指令，編制程序如下。
（2）件2與件1的加工形狀相同，因此按照裝夾方式2重新裝夾后只需要重新對Z 方向進行刀補設(shè)置，采用件1的程序再運行一遍就能完成件 2的加工。
4.3 采用UG12自動編程加工橢圓
UG12軟件是西門子公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，能夠進行產(chǎn)品設(shè)計和裝配、產(chǎn)品加工編程和模擬、產(chǎn)品檢測等。它功能非常強大，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜產(chǎn)品零件的造型、復(fù)雜產(chǎn)品零件的編程加工，在機械制造行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。使用 UG12中的建模和加工模塊，能非常形象地對零件進行設(shè)計和編程加工，具體流程如下。
（1）繪制二維草圖。打開 UG12軟件，進入建模命令，選擇草圖模式，以X、Y 平面作為繪圖平面，然后進入二維圖形的繪制。首先選擇輪廓直線命令，繪制所有直線，如圖3所示。點擊橢圓曲線的繪制（點擊菜單—插入—草圖曲線—橢圓命令），系統(tǒng)彈出點構(gòu)造器，然后定義橢圓的中心為原點，再定義橢圓的長半軸 30mm、短半軸20mm和旋轉(zhuǎn)角度為0°，點擊確定完成整體橢圓的繪制。移動橢圓，橢圓的圓心距離Y 軸的長度為 36mm，距離X軸的長度為 0mm，然后進行橢圓的修剪，繪制成圖3所示的形狀。
圖3 橢圓二維草圖
（2）繪制三維實體圖。完成二維草圖繪制命令后，點擊拉伸處的下拉菜單，選擇旋轉(zhuǎn)命令，框選二維草圖的所有曲線，指定X 軸為旋轉(zhuǎn)軸矢量，并選擇零點為指定點。旋轉(zhuǎn)限制處開始角度為 0°，結(jié)束角度為 360°，布爾運算為無，設(shè)置體類型為實體，最后點擊確定按鈕，完成三維實體的繪制，如圖 4所示。
圖4 橢圓三維實體圖
（3）繪制刀具路徑。點擊應(yīng)用模塊，再點擊加工，進入加工模塊，選擇 Turning 的車削加工。在加工模塊先創(chuàng)建幾何體→設(shè)置 MCS_SPINDLE →設(shè)置 WORKPIECE →設(shè)置 TURNING WORKPIECE， 創(chuàng)建刀具 → 創(chuàng)建OD_80_L 的外圓粗車刀→創(chuàng)建 OD_55_L 的外圓精車刀，然后創(chuàng)建工序→創(chuàng)建外圓粗加工（軌跡如圖5中粗加工軌跡）→創(chuàng)建外圓精加工（軌跡如圖5中精加工軌跡）。粗加工主軸轉(zhuǎn)速為600r/min，進給量為120mm/min，切削深度為1mm，精加工主軸轉(zhuǎn)速為1600r/min，進給量為100mm/min，切削深度為0.1mm。最后完成橢圓加工軌跡的繪制，如圖5所示。
由于兩件的外形相同，加工中可以選擇同一個程序。
圖5 橢圓加工軌跡
（4）軌跡后處理編程。完成軌跡繪制后，進入工序?qū)Ш狡鞯某绦蛞晥D，選擇 PROGRAM 圖標，再選擇后處理。通過查找找到車床的后置處理文件，生產(chǎn)后處理程序，從而完成 UG12軟件的自動編程。最后通過 U 盤把程序拷貝到機床進行自動加工。
5、總結(jié)
本文通過橢圓配合零件的圖紙和工藝分析，確定合理的裝夾方案，從3種加工方法入手，分別介紹了宏程序加工橢圓、G6.3指令加工橢圓、UG12軟件自動編程加工橢圓的方法，3種加工方法都能完成橢圓零件的加工。在實際加工中可以合理選用數(shù)控機床，充分發(fā)揮自動編程的優(yōu)越性，提高生產(chǎn)效率。
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