陳作越，蔣 勇，王小娥

（樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，四川樂山 614000）

仿G71指令的橢圓內(nèi)孔零件數(shù)控加工編程設(shè)計(jì)*

陳作越，蔣 勇，王小娥

（樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，四川樂山 614000）

針對如何加工零件內(nèi)孔為橢圓輪廓研究不足的問題，分析了其加工中存在的主要難點(diǎn)，提出了仿G71指令進(jìn)行數(shù)控加工編程設(shè)計(jì)的解決方法，建立加工模型，編寫加工程序，應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行仿真模擬并在機(jī)床上完成最終加工。仿真驗(yàn)證及加工試驗(yàn)結(jié)果表明，仿照G71指令編程完成內(nèi)孔橢圓部分的粗車加工，再應(yīng)用直線逼近進(jìn)行橢圓曲線精加工是解決橢圓內(nèi)孔零件的較好方法，同時(shí)該加工設(shè)計(jì)思路具有通用性，同樣適用于除了橢圓外其余二次曲線的軌跡編程。

橢圓；內(nèi)孔加工；二次曲線；宏程序；FANUC系統(tǒng)

0　引言

以橢圓、雙曲線、拋物線等為代表的二次曲線是典型的平面輪廓零件中常見的幾何要素，但是目前的數(shù)控系統(tǒng)，通常而言只能進(jìn)行直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，并不具備橢圓等二次曲線的插補(bǔ)功能，無法直接寫出能讓其加工的程序指令。對于這類零件特征的加工編程，一般是應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)中的變量編程，采用小段直線去逼近輪廓曲線的方法來完成含有非圓曲線輪廓的零件編程。

零件中二次曲線的出現(xiàn)又以橢圓輪廓為典型代表，而橢圓輪廓在零件可能以多種不同的具體形式出現(xiàn)，這里僅討論用于數(shù)控車床加工的回轉(zhuǎn)體類零件。

大量的文獻(xiàn)及數(shù)控加工者對二次曲線輪廓類零件進(jìn)行了工藝分析、編程設(shè)計(jì)和加工試驗(yàn)，但是對于數(shù)控車削中的內(nèi)孔輪廓帶二次曲線的零件涉及較少。文獻(xiàn)［1-2］研究了一般情況下，即非圓曲線輪廓的回轉(zhuǎn)中心與數(shù)控車床Z軸重合或平行情況下的編程設(shè)計(jì)和加工試驗(yàn)；文獻(xiàn)［3-4］探討了斜橢圓類零件在數(shù)控車削中加工方法，但都沒有涉及到當(dāng)零件內(nèi)孔為橢圓輪廓時(shí)的處理，針對以上研究的不足，本文主要探討橢圓內(nèi)孔零件的數(shù)控加工編程設(shè)計(jì)。

1　橢圓內(nèi)孔零件加工分析

橢圓輪廓類零件的加工方法通常采用循環(huán)指令嵌套變量的思路來解決，但對于系統(tǒng)而言，并不是每個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)都能套用宏指令。如果是這樣的情況，由于這類零件并非是標(biāo)準(zhǔn)件，不會批量地生產(chǎn)，為簡化編程，在實(shí)際加工中通常考慮僅僅把精車的程序編制出來，然后用修改刀補(bǔ)的方法逐漸逼近將零件加工出來。這種加工方法，程序設(shè)計(jì)簡單，操作方式也不復(fù)雜，容易接受也易于實(shí)現(xiàn)，無論是工藝還是程序都能較好的實(shí)現(xiàn)，其本質(zhì)就是類似于G73指令的手工操作，但需要一定的退刀空間。

GSK980TD的G71、G73指令通過驗(yàn)證可以套用宏指令，但是在FANUC系統(tǒng)中，經(jīng)驗(yàn)證G71指令是肯定不能套用宏指令的，雖然G73指令能套用，但是因?yàn)樗旧硎禽喞h(huán)，必須要很大的退刀量和多次空刀切削，在切削效率上會有所降低，更為重要的是，在內(nèi)孔為二次曲線的零件中，是無法提供足夠的退刀量的。

因此，如果遇到了內(nèi)孔為二次曲線的零件，無論是用G73指令還是類似于G73循環(huán)的多刀切削，就會變得束手無策，必須另外考慮加工設(shè)計(jì)。

實(shí)際上，應(yīng)用G71指令套用宏程序是很好的程序設(shè)計(jì)思路和方法，如果能實(shí)現(xiàn)將是最佳的加工方式，可是FANUC系統(tǒng)用G71無法實(shí)現(xiàn)對宏指令的套用，于是，考慮設(shè)計(jì)一段仿G71的粗車加工程序來實(shí)現(xiàn)輪廓的粗車不失為一種解決方法。

在具體的編程操作中發(fā)現(xiàn)，如果要把整個(gè)輪廓（包括二次曲線部分、輪廓階梯、錐度等）都考慮進(jìn)去用一段程序就實(shí)現(xiàn)加工將是非常困難的，但是如果僅僅是針對二次曲線的部分設(shè)計(jì)輪廓粗車程序，之后再對二次曲線輪廓進(jìn)行精加工，這個(gè)難題就將顯得容易多了。

具體的設(shè)計(jì)思路為：①除了二次曲線輪廓部分，其余部分用G71指令切削；②二次曲線輪廓部分用兩段程序來實(shí)現(xiàn)，嘗試編制一段仿G71的粗加工程序完成大部分的余量切削，再用小段直線去逼近輪廓曲線的方法進(jìn)行輪廓精車。

2　加工模型建立

建立的加工模型如圖1所示，材料為45鋼。內(nèi)孔曲線部分為一段橢圓弧，以工件右端中心為編程零點(diǎn)設(shè)定工件坐標(biāo)系，橢圓圓心位于（X0，Z5）處。本文的加工編程設(shè)計(jì)僅針對內(nèi)孔部分，外輪廓由于其與一般零件的加工無異，在此不作討論。

圖1　內(nèi)孔橢圓加工模型

3　仿G71的橢圓內(nèi)孔編程設(shè)計(jì)

以FANUC 0i數(shù)控車系統(tǒng)為載體［5-6］，編程設(shè)計(jì)好的程序如表1所示。程序內(nèi)容分為五段編輯，N10-N60為第一段鉆孔程序，采用φ23的錐柄麻花鉆完成初始孔的加工；N70-N140為第二段，主要內(nèi)容為完成內(nèi)孔輪廓形狀的切削加工并留出一定的加工余量，但不包括內(nèi)孔橢圓部分；N150-N260為第三段，是這類內(nèi)孔橢圓加工極具特點(diǎn)的部分，即仿G71指令的輪廓切削編程，人為地計(jì)算出每次切削循環(huán)終點(diǎn)的X和Z向坐標(biāo)值，用宏指令設(shè)計(jì)循環(huán)，完成內(nèi)孔橢圓輪廓部分的粗加工；N270-N330為第四段內(nèi)孔橢圓的精加工程序，采用直線逼近（也叫擬合）法，在 Z向分段，以0.05mm為一個(gè)步距，并把X向作為自變量，X作為Z的函數(shù)來設(shè)計(jì)每一分段的加工點(diǎn)坐標(biāo)；N340-N390為內(nèi)孔其余部分的加工程序及程序結(jié)束部分。

表1　仿G71指令的零件加工編程設(shè)計(jì)

4　試驗(yàn)驗(yàn)證

對文中的工藝設(shè)計(jì)及程序編制的可行性驗(yàn)證分仿真和加工兩階段進(jìn)行。

4.1仿真試驗(yàn)及結(jié)果

仿真試驗(yàn)依靠斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件進(jìn)行，將設(shè)計(jì)的程序代入并完成模擬加工測試，內(nèi)孔部分加工軌跡如圖2所示，仿真加工效果如圖3所示。

圖2　橢圓弧部分加工軌跡模擬圖

圖3　內(nèi)孔橢圓零件仿真加工效果圖

4.2加工驗(yàn)證及結(jié)果

加工試驗(yàn)機(jī)床選取FANUC 0i-TC系統(tǒng)，在實(shí)際加工過程中，除了解決退刀的問題，還要考慮加工時(shí)內(nèi)孔不可見的工藝難點(diǎn)，加工完成的零件結(jié)果如圖4所示。

圖4　內(nèi)孔橢圓零件加工結(jié)果

5　結(jié)論與討論

針對如何加工零件內(nèi)孔為橢圓輪廓研究不足的問題，選取典型實(shí)例進(jìn)行分析和討論，通過軟件仿真及數(shù)控加工試驗(yàn)，結(jié)果說明仿照G71指令編程完成內(nèi)孔橢圓部分的粗車加工，再應(yīng)用直線逼近進(jìn)行橢圓曲線精加工以此來解決橢圓內(nèi)孔零件加工的工藝設(shè)計(jì)思路是可行的，文中的程序設(shè)計(jì)是正確可實(shí)現(xiàn)的，以此為例可用來解決相似的橢圓內(nèi)孔類零件加工問題。

值得說明的是，雖然本文只針對橢圓這一種二次曲線輪廓進(jìn)行了編程設(shè)計(jì)，但文中提到的工藝設(shè)計(jì)思路具有通用性，只需要重新合理設(shè)定循環(huán)條件公式，同樣適用于除了橢圓外其余二次曲線（雙曲線、拋物線等）的軌跡編程，當(dāng)遇到類似零件加工生產(chǎn)編程時(shí)可應(yīng)用文中方法進(jìn)行處理。

［1］王西建，冀勉.宏程序在非圓曲線輪廓車削加工中的應(yīng)用［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2013（7）：110-114.

［2］陳作越.FANUC系統(tǒng)數(shù)控車削橢圓類零件的通用宏程序編制詳解［J］.煤炭技術(shù)，2011（12）：18-19.

［3］趙薇，薛明.斜橢圓類零件數(shù)控車削加工方法研究.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2014（1）：146-152.

［4］赫煥麗，楊彥偉.基于宏程序的斜橢圓數(shù)控車削加工的研究［J］.煤礦機(jī)械，2013，34（2）：133-135.

［5］北京發(fā)那克機(jī)電有限公司.FANUC Series 0i-TC操作說明書［M］.北京：發(fā)那克機(jī)電有限公司，2004.

［6］劉書華.數(shù)控機(jī)床與編程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

（編輯 趙蓉）

The CNC Program Design of G71 Instruction for Machining Parts with Elliptical Profile Inner-hole

CHEN Zuo-yue，JIANG Yong，WANG Xiao-e
（Department of Electromechanical Engineering，Leshan Vocational and Technical College，Leshan Sichuan 614000，China）

Considering the insufficiency of studying how to machine the parts with elliptical profile inner hole，the major difficulties of this machining method is analysed，the solution of using G71 instruction to develop and design the numerical control program is introduced through establishing the processing prototype，compiling the processing program and simulating the processing way by emulating software until complete the actual processing in lathe.The simulation and processing experiment results shows that the adoption of G71 instruction is a better solution for processing the parts with elliptical profile inner hole，through the firstly rough processing the elliptical profile of the part by G71 instruction and then fine processing by line-approaching method.In the meantime，this processing idea also has the wide application for processing the other non-elliptical profile parts.

ellipse；inner hole processing；quadric curve；macro program；FANUC system

TH162；TG659

A

1001-2265（2015）02-0154-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.02.044

2014-05-09；

2014-06-20

四川省教育廳科研項(xiàng)目（14ZB0394）

陳作越（1980—），男，四川樂山人，樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造、數(shù)控加工，（E-mail）14430770@qq.com。