浅谈圆在数控专业中的应用

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  【摘要】圆不仅在实际生活和社会实践中有着广泛的应用,而且在数控加工技术专业的学习中也发挥着重要作用.本文主要通过实例来说明圆在数控加工技术专业中的应用,从而体现圆的重要性.
  【关键词】圆;数控;铣削
  数学是一门既基础又独立的学科,是生活中必不可少的一门工具.数学中的圆形,是一个看来简单,实际上很奇妙的图形.圆是数学中最美丽、最规则的图形,是中心对称,又是轴对称图形.在数控加工技术专业中,圆是非常好的工具.
  一、圆的基本知识
  (一)圆的方程
  圆的标准方程:(x-a)2 (y-b)2=r2,其中,圆心为(a,b),半径为r.
  (二)圆的有关定理
  垂径定理:垂直于弦的直径平分弦且平分弦所对的弧.
  切线的判定定理:过半径外端且垂直于半径的直线是切线.
  切线长定理:从圆外一点引圆的两条切线,它们的切线长相等,且这点和圆心的连线平分两条切线的夹角.
  二、圆在数控专业中的应用
  圆形,是一个看来简单,实际上很奇妙的图形.圆既是中心对称,又是轴对称图形,在数控专业中有着比较广泛的应用,如外圆磨砂轮、内圆磨砂轮等.数控铣床经常会遇到铣削外轮廓的例子,需要我们利用圆的基本知识解决.
  例1数控学习中,加工一个零件:该零件轮廓由两条直线和两个半圆弧组成.两条直线与两圆相切,两圆半径分别是30 cm,20 cm,两圆心的距离为60 cm,求4个切点的坐标.
  图1
  解建立直角坐标系,如图1所示,圆O:x2 y2=302,圆P:(x-60)2 y2=202,OP=60 cm.过P作OA的垂线,垂足为E,过A作x轴的垂线,垂足为F,则OE=10 cm,△OPE≌△OAF,所以得OAOP=AFPE=OFOE,又因为OA=30 cm,OE=10 cm,PE=OP2-OE2≈59.16 cm,故AF=29.58 cm,OF=5 cm,所以A点坐标为(5,29.58).
  由对称性知C点坐标为(5,-29.58),同理可得B点坐标为(63.33,19.72),由对称性知D点坐标为(63.33,-1972).
  例2如图2所示,在铣削这个轮廓时会需要求出A,B,C,D点的坐标.
  图2
  解建立直角坐标系,如图2所示,在直角△OAE中,由OE=35,OA=50,得
  AE=OA2-OE2=502-352≈35.7,
  所以,A點的坐标为(35,35.7),由对称性知B(35,-35.7),C(-35,35.7),D(-35,-35.7).
  解决这类问题,必须建立适当的直角坐标系,利用直线与圆的位置关系、圆的对称性来求点的坐标.
  图3
  例3如图3所示,阴影部分是一个工件的截面,工件高为3 m,在矩形ABCD中,AB=2BC且AB=8 m,以A为圆心、AD的长为半径作圆,与BA的延长线相交于点F,求该工件的体积.
  解由AB=2BC,AB=8 m,得BC=4 m,
  SABCD=AB×BC=4×8=32 m2,
  S△BCF=12BF×BC=12×12×4=24 m2,
  S扇形ADF=14π×BC2=14×π×42=4π m2.
  所以,S阴影=SABCD S扇形ADF-S△BCF=(32 4π-24) m2≈20.56 m2.又因为工件的高h=3 m,所以,V=S扇形·h≈2056×3=61.68 m3.
  解决此类问题,需要我们把图形分割,把复杂的图?畏指畛杉虻ネ夹危刮侍饧虻セ?.这需要有扎实的基本功,在平时学习中要有意识训练这方面的能力.
  三、结论
  总之,圆在数控专业的学习中有着非常重要的应用.在加工与圆形有关的零件时,常常运用圆的一些知识,能把复杂的问题转化为较为简单的问题.因此我们需要牢固掌握圆的有关知识,并且灵活应用,这样才能达到解决问题的目的.
  【参考文献】
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  [2]杨怀宏.辅助圆的应用[J].数学学习,2009(24):30-31.
  [3]上海宇龙软件工程有限公司数控教材编写组.数控技术应用教程——数控铣床和加工中心[M].北京:电子工业出版社,2008:171-174.
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