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孔分布圆计算——孔的坐标

知识

一个法兰在 Ø 80 mm 圆周上有六个孔。在数控机床上加工或划线时,需要每个孔的 X 和 Y 坐标。用正弦和余弦几步就能算出——前提是掌握好起始角、旋转方向和正负号。

分度角

孔在整个圆周上均匀分布时,用整圆除以孔数:

Δφ = 360°n     φi = φ0 + (i − 1) · Δφ
  • n 孔数
  • Δφ 相邻两孔之间的分度角
  • φ0 第一个孔的起始角
  • φi 第 i 个孔的角度

按数控技术的惯例,角度从 X 轴正方向起按逆时针计算。

六孔孔分布圆,标有半径 r、角度 φ 以及一个孔的坐标 x 和 y
每个孔距圆心的距离都是 r。孔的角度 φ 决定了其中多少落在 X 方向、多少落在 Y 方向。

各孔的坐标

xi = r · cos φi     yi = r · sin φi

这里 r 是孔分布圆的半径,即孔分布圆直径的一半。如果零点不在圆心,而是例如在工件的一个角上,还要加上圆心的坐标。

示例

孔分布圆在 Ø 80 mm 上有 6 个孔,第一个孔位于 0°。半径为 40 mm,分度角为 360° / 6 = 60°。

x2 = 40 mm · cos 60° = 20 mm     y2 = 40 mm · sin 60° ≈ 34.641 mm

孔角度X(mm)Y(mm)
10°400
260°2034,641
3120°−2034,641
4180°−400
5240°−20−34,641
6300°20−34,641

只要计算器设为角度制(DEG),正负号会由正弦和余弦自动得出。

第一个孔在正上方时

Ø 100 mm 上有五个孔时,第一个孔常位于正上方,即 90°。分度角为 72°。

孔角度X(mm)Y(mm)
190°050
2162°−47,55315,451
3234°−29,389−40,451
4306°29,389−40,451
5378° = 18°47,55315,451

两孔之间的距离

用游标卡尺检测时,需要相邻两孔之间的直线距离,即弦长:

s = d · sin 180°n

Ø 80 mm、6 个孔时为 80 mm · sin 30° = 40 mm;Ø 100 mm、5 个孔时为 100 mm · sin 36° ≈ 58.779 mm。

在数控机床上

许多数控系统都有孔分布圆循环。输入圆心、半径、起始角、分度角和孔数,系统会自己算出各孔位置。不过,会手算坐标仍然值得:可用来检查仿真、划线,以及在没有该循环的机床上加工。

常见错误

  • 用直径代替半径:所有坐标都会大一倍。
  • 正弦和余弦弄反:从 X 轴起算时,X 坐标对应余弦,Y 坐标对应正弦。
  • 计算器设成弧度制:cos 60 会得到 −0.95 而不是 0.5。
  • 起始角从 Y 轴起算:整个孔位图会转过 90°。
  • 忘记圆心坐标:零点在工件角上时,所有孔都会缺少圆心坐标。
  • 把部分圆当整圆计算:孔只分布在一段圆弧上时,适用给定的角度,而不是 360° / n。