橢圓零件在數控車床上的加工方法
2023-3-7 來源：廣西桂林市機電職業技術學校 作者：張利榮
摘要：橢圓零件的加工是數控生產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。結果表明三種編程方法都能解決橢圓加工的問題。
關鍵詞：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代生產技術的發展，傳統的加工方法難以適應柔性化、復雜化和高效化的加工要求。在制造行業，數控機床的應用越來越受到人們的重視，在生產中的普及率也越來越高。由于數控機床的普及造成了數控編程人員的缺乏，編程人員的工資也水漲船高，而數控程序編制的效率和質量在很大程度上決定了產品的加工精度和生產效率，它既是數控技術的重要組成部分，也是數控加工的關鍵技術之一。數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，宏程序是手工編程的高級形式。復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錯誤的概率低，能有效地提高產品加工效率。
本文介紹在數控車床上加工橢圓零件，分別采用宏程序 WHILE 指令、升級數控系統的 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下側所示。件 1和件 2是 M24×2 6H/6h 的內外螺紋配合，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 的內孔和 M24×2-6H 長度為 18mm的內螺紋。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。右側螺紋和退刀槽加工好后右側沒有位置進行裝夾，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 的內孔，其次加工 M24×2-6H 的內螺紋。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 ：粗加工主軸轉速為 600r/min，進給量為 120mm/min，切削深度為 1mm，精加工主軸轉速為 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 選用升級的數控系統加工橢圓
（1）學校數控系統有 GSK980TD、GSK980TDA、GSK980TDC。其中 GSK980TDC 屬于升級了的廣州數控系統，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品工程解決方案，能夠進行產品設計和裝配、產品加工編程和模擬、產品檢測等。它功能非常強大，可以實現各種復雜產品零件的造型、復雜產品零件的編程加工，在機械制造行業得到了廣泛應用。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），系統彈出點構造器，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，選擇旋轉命令，框選二維草圖的所有曲線，指定X 軸為旋轉軸矢量，并選擇零點為指定點。旋轉限制處開始角度為 0°，結束角度為 360°，布爾運算為無，設置體類型為實體，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。在加工模塊先創建幾何體→設置 MCS_SPINDLE →設置 WORKPIECE →設置 TURNING WORKPIECE， 創建刀具 → 創建OD_80_L 的外圓粗車刀→創建 OD_55_L 的外圓精車刀，然后創建工序→創建外圓粗加工（軌跡如圖5中粗加工軌跡）→創建外圓精加工（軌跡如圖5中精加工軌跡）。粗加工主軸轉速為600r/min，進給量為120mm/min，切削深度為1mm，精加工主軸轉速為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，進入工序導航器的程序視圖，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
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控機床，充分發揮自動編程的優越性，提高生產效率。
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