數(shù)控車床加工對(duì)象為各種類型的回轉(zhuǎn)面，其中對(duì)于圓柱面、錐面、圓弧面、球面等的加工，可以利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)指令完成，而對(duì)于橢圓等一些非圓曲線構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體，加工起來(lái)具有一定的難度。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的數(shù)控系統(tǒng)只提供直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種插補(bǔ)功能，更高檔的數(shù)控系統(tǒng)提供雙曲線、正弦曲線和樣條曲線插補(bǔ)功能，但是一般都沒(méi)有橢圓插補(bǔ)功能。因此，在數(shù)控機(jī)床上對(duì)橢圓的加工大多采用小段直線或者小段圓弧逼近的方法來(lái)編制橢圓加工程序。

在這里結(jié)合工作實(shí)踐對(duì)車削橢圓輪廓的宏程序的編制方法進(jìn)行探討。

一、橢圓宏程序的編制原理

    數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件，一般由初始化模塊、輸入數(shù)據(jù)處理模塊、插補(bǔ)運(yùn)算處理模塊、速度控制模塊、系統(tǒng)管理模塊和診斷模塊組成。其中插補(bǔ)運(yùn)算處理模塊的作用是依據(jù)程序中給定的輪廓的起點(diǎn)、終點(diǎn)

等數(shù)值對(duì)起點(diǎn)終點(diǎn)之間的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)密化，然后由控制軟件，依據(jù)數(shù)據(jù)密化得到的坐標(biāo)點(diǎn)值驅(qū)動(dòng)刀具依次逼近理想軌跡線的方式來(lái)移動(dòng)，從而完成整個(gè)零件的加工。

    依據(jù)數(shù)據(jù)密化的原理，我們可以根據(jù)曲線方程，利用數(shù)控系統(tǒng)具備的宏程序功能，密集的算出曲線上的坐標(biāo)點(diǎn)值，然后驅(qū)動(dòng)刀具沿著這些坐標(biāo)點(diǎn)一步步移動(dòng)就能加工出具有橢圓、拋物線等非圓曲線輪廓的工件。

二、橢圓宏程序的編制步驟

宏編程一般步驟：
    1.首先要有標(biāo)準(zhǔn)方程（或參數(shù)方程）   一般圖中會(huì)給出。
    2.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將數(shù)學(xué)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成工件坐標(biāo)     標(biāo)準(zhǔn)方程中的坐標(biāo)是數(shù)學(xué)坐標(biāo)，要應(yīng)用到數(shù)控車床上，必須要轉(zhuǎn)化到工件坐標(biāo)系中。

     3.求值公式推導(dǎo)   利用轉(zhuǎn)化后的公式推導(dǎo)出坐標(biāo)計(jì)算公式
     4.求值公式選擇   根據(jù)實(shí)際選擇計(jì)算公式
     5.編程  公式選擇好后就可以開(kāi)始編程了

三、加工實(shí)例

下面分別就工件坐標(biāo)原點(diǎn)與橢圓中心重合，偏離等2種情況進(jìn)行編程說(shuō)明。

    （1）工件坐標(biāo)原點(diǎn)與橢圓中心重合

     橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程為

  ①  

     轉(zhuǎn)化到工件坐標(biāo)系中為

②

     根據(jù)以上公式我們可以推導(dǎo)出以下計(jì)算公式

      

   ③

      

 ④

    在這里我們?nèi)」舰邸Ｍ箼E圓取+號(hào)，凹橢圓取-號(hào)。即X值根據(jù)Z值的變化而變化，公式④不能加工過(guò)象限橢圓，所以舍棄。
      下面就是FANUC系統(tǒng)0i橢圓精加工程序：

O0001;                        程序名
#1=100;                   用＃1指定Z向起點(diǎn)值
#2=100;                  用＃2指定長(zhǎng)半軸
#3=50;                  用＃3指定短半軸
G99 T0101 S500 M03;           機(jī)床準(zhǔn)備相關(guān)指令
G00 X150. Z150. M08;         程序起點(diǎn)定位，切削液開(kāi)
  X0 Z101.；       快速定位到靠近橢圓加工起點(diǎn)的位置
WHILE[#1GE-80]DO1;    當(dāng)Z值大于等于-80時(shí)執(zhí)行DO1到END1                        

                         之間的程序

#4=#3*SQRT[1-#1*#1/[#2*#2]];      計(jì)算X值，就是把公式

                      

里面的各值用變量代替
G01 X[#4*2] Z#1 F0.15;    直線插補(bǔ)，這里＃4×2是因?yàn)楣?/span>

式里面的X值是半徑值
#1=#1-0.1;      步距0.1，即Z值遞減量為0.1，此值過(guò)大

                  影響形狀精度，過(guò)小加 重系統(tǒng)運(yùn)算負(fù)擔(dān)，

                  應(yīng)在滿足形狀精度的前提下盡可能取大值。
END1;        語(yǔ)句結(jié)束，這里的END1與上面的DO1對(duì)應(yīng)
G01 Z-110 ;                     加工圓柱面
X102.;                        退刀
G00 X150. Z150.；                           回程序起點(diǎn)
M09;                                 切削液關(guān)

M05;                       主軸停止
M30;                          程序結(jié)束
（2） 工件坐標(biāo)原點(diǎn)與橢圓中心偏離

    數(shù)控車床編程原點(diǎn)與橢圓中心不重合，這時(shí)需要將橢圓Z(X)軸負(fù)向移動(dòng)長(zhǎng)半軸的距離，使起點(diǎn)為0，原公式

轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/span>

           

  ⑤

     Z1----編程原點(diǎn)與橢圓中心的Z向偏距；此例中為-100

     X1----編程原點(diǎn)與橢圓中心的X向偏距；此例中為0

    可推導(dǎo)出計(jì)算公式：

              

  ⑥

(精加工程序)
O0001;                          程序名
#1=0;                 用＃1指定Z向起點(diǎn)值
#2=100;                 用＃2指定長(zhǎng)半軸
#3=50;                 用＃3指定短半軸

#5=-100;                                   Z向偏距
G99 T0101 S500 M03;               

G00 X150. Z150. M08;                 

X0  Z1.； 

WHILE[[#1-#5]GE-80]DO1;                 

#4=#3*SQRT[1-[#1-＃5]*[#1-#5]/[#2*#2]];   

G01 X[#4*2] Z[#1-#5] F0.15;               

#1=#1-0.1;

END1;                               

G01  Z-110 ;            
X102.;                               
G00 X150. Z150. M09;                
M05;                                 
M30;         

三、完整粗、精加工程序  

以上兩個(gè)實(shí)例均只編寫(xiě)了精加工程序，另外可以利用宏調(diào)用子程序進(jìn)行粗加工，下面以第一個(gè)圖（工件坐標(biāo)原點(diǎn)與橢圓中心重合的零件）為例說(shuō)明。                           

O0001;                                     程序名
＃6＝95；                                  定義總的加工余量                      

G99 T0101 S500 M03;               

G00 X150. Z150. M08; 

G00 X＃6  Z101.；       

N10 #6=#6-5；                        

M99 P0002;

IF [#6GE0]GOTO10;

G00 X150.Z150.;

M05;

M30 ;

O0002 ;子程序   

#1=100;                  用＃1指定橢圓加工Z向起點(diǎn)值
#2=100;                      用＃2指定長(zhǎng)半軸
#3=50;                          用＃3指定短半軸

WHILE[#1GE-80]DO1;            

#4=#3*SQRT[1-#1*#1/[#2*#2]];   

G01 X[#4*2+＃6] Z#1 F0.15;               

#1=#1-0.1; 

END1; 

G01Z-110 ;

X102.;                               

G00 Z101.;    

X#6；             

M99;     

    除了用標(biāo)準(zhǔn)方程加工橢圓外，還可以用參數(shù)方程加工橢圓曲線。在這里就不一一闡述了。

加工橢圓的注意事項(xiàng)

     利用數(shù)控車床加工橢圓曲線，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

    （1）車削后工件的精度與編程時(shí)所選擇的步距有關(guān)。步距值越小，加工精度越高；但是減小步距會(huì)造成數(shù)控系統(tǒng)工作量加大，運(yùn)算繁忙，影響進(jìn)給速度的提高，從而降低加工效率。因此，必須根據(jù)加工要求合理選擇步距，一般在滿足加工要求前提下，盡可能選取較大的步距。

    （2）對(duì)于橢圓軸中心與Z軸不重合的零件，需要將工件坐標(biāo)系進(jìn)行偏置后，然后按文中所述的方法進(jìn)行加工。

結(jié)論

使用宏程序編程，大部分零件尺寸和工藝參數(shù)可以傳遞到宏程序中，程序的修改比較方便。圖樣改變時(shí)，僅需修改幾個(gè)參數(shù)，因此，柔性好，極易實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)。另外，使用宏程序除了能加工橢圓面外，還可以加工拋物線、雙曲線等非圓曲線，有效的擴(kuò)展數(shù)控機(jī)床的加工范圍，提高加工效率和品質(zhì)，充分發(fā)揮機(jī)床的使用價(jià)值。