​CNC數控車床高斯曲線加工

CNC車床（chuáng）高斯曲線加（jiā）工

隨著新產品研製的發展，許多新產品的形狀采用了特（tè）殊曲線，如（rú）橢圓、雙曲線和高斯曲線等，而如何加工這些特殊曲線就成了機加人員的新課題。

從多年的實踐來看，采用宏程序編程（chéng），然後在數控車床上車削（xuē）是較為簡單、經濟和方便的一種方法。

但（dàn）是這種方法對於編程者要求較高，這是因為宏程序的編製要求程序（xù）員不僅具有豐富的數學知識，還要熟悉數控車床的（de）編程指令，對於宏程序更應是了如指掌。

宏程序分為A類和B類兩（liǎng）種：A類宏程序通常采（cǎi）用H代碼編製（zhì），B類宏程序通常用賦值語句和數（shù）學公式進行編製，易為大家接受（shòu），FANUC0i型數控係統的宏程序就是B類。

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一、FANUC0i型數控係統宏程序

在FANUC0i型數控係統中變量分為4種類型，即空變量、局部變量、公共變量和係統變量。空變量（liàng）的變量號為#0，該變量總為空，沒有值能賦給（gěi）該變量;局部變量的變量號為#1～#33，該類變量隻（zhī）能用於在（zài）宏程序中存儲（chǔ）數據，當斷電時局部變量初始化為空，調用宏程序時，給局部變量賦值。公共（gòng）變量的變量（liàng）號為#100～#199、#500～#999，公（gōng）共變量在不同的宏程序中的意義相同（tóng）。當斷電時，變量#100～#199初始化為空，變量#500～#999中的數據保（bǎo）存，即使斷電也不丟失。係統（tǒng）變（biàn）量的變（biàn）量號（hào）為#1000～，係統變（biàn）量用於讀和寫CNC的（de）各種數據，例如刀具（jù）的當前位置和刀具補償值等。我們（men）在編寫（xiě）宏程（chéng）序時可以引用局部（bù）變量和公共變量，在引用變量，特別是公共變量時（shí），為消除變量內原有數據的影響，一定要給變量重新賦（fù）值後再引用。

宏程序（xù）是（shì）用（yòng）戶（hù）實現機床功能（néng）擴展的（de）一（yī）種方法。在宏程（chéng）序中可以使用變量，給（gěi）變量（liàng）賦值，變量間可進行運算和程序跳轉。此外，宏程序還提供（gòng）了循環語句、分支語句和子程序調用語句，一層宏循環（huán）裏還可以嵌套（tào）多層循環。所以可以應用宏程序指令（lìng）編製出簡潔合理的（de）小容量（liàng）加工程序，擴展數（shù）控機床功（gōng）能，提高加工效率，充分發揮數控機床（chuáng）的作用。

二、高斯曲線的方程

高斯曲線在直角坐標係下的（de）方程是其（qí）中x是自變量，y是因變量。但此方程我們還不（bú）能直接應用於數控車床，因為（wéi）在數控車床上，坐標係是這樣規

定的：Z軸與主軸軸（zhóu）線平行，正方向是遠離（lí）工件方向，X軸與（yǔ）主軸軸線垂直（zhí），正方向是遠離主軸（zhóu）軸線方向。因此我們需要把直角坐標係的方程轉換為數控車床（chuáng）坐標係下的方程，同時數控車床不能（néng）識別指（zhǐ）數函數和平方等數學（xué）符號，這（zhè）就需要用（yòng）宏程序中的算術和邏輯運算符號（hào）替換其中的數學符號，變成數（shù）控車床可識別的公式。

經（jīng）變換後高（gāo）斯（sī）曲線（xiàn）在（zài）數控坐標下的方程（chéng）如下。

X=140.6/EXP(((z-620)/1339)*((z-620)/1339))+9.358/

EXP(((z+251.5)/351.8)*((z+251.5)/351.8))+24.58/EXP(((z+740.4)/464.1)*((z+740.4)/464.1))

三、數控車（chē）床加工特殊曲線的方法

數控車床可通（tōng）過G01、G02等G代碼（mǎ）直接加（jiā）工直（zhí）線、圓弧，但並沒有專門（mén）的（de）G代碼來加工橢圓、雙曲線和高斯曲線等（děng）特殊曲線。在加工此類曲線時一般采用直線逼近法，即在Z方向上依次遞減或遞增，以0.05mm～0.5mm為一個步距，每遞減或遞增一個步（bù）距得到一（yī）個Z值。然後，通過曲線方程計算求出對應的X值，再將（jiāng）刀具（jù）直線插補至計算得出的(X，Z)值所確定的點，依次插補便可完成特殊（shū）曲線的（de）加工。

四、編製（zhì）加工高斯曲線的宏程序

現（xiàn）以一個簡單的零件為例，說明高斯曲線（xiàn）的宏程序編（biān）製過程。如圖1所示（shì），在Φ260mm的毛（máo）坯棒料（liào）上加工一段長100mm的高斯曲線外輪廓（kuò）。圖1是直角坐標係下的零件（jiàn）圖樣，圖2是數（shù）控坐（zuò）標（biāo）下的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高（gāo）斯曲線（xiàn）數控坐標方程中，我們用（yòng）#101表示自變量z，用#102表示(z-620)/1339，用#103表示(z+251.5)/351.8，用#104表示(z+740.4)/464.1，用#105表示因（yīn）變量x，則高斯曲線（xiàn）的方程可表示為：

#105=14.6/EXP(#102*#102)+9.358/EXP(#103*#103)+24.58/EXP(#104+#104)

編製精加工程序如下（xià）：

O0001

N10#101=0;(自變量初值)N20#102=(#101-620)/1339;

N30#103=(#101+251.5)/351.8;N40#104=(#101+740.4)/464.1;

N50#105=14.6/EXP(#102*#102)+9.358/EXP(#103*#103)+24.58/EXP(#104*#104);

N60G01X[2*#105]Z[-#101]F0.2;(直線（xiàn）逼近法加工高斯曲線)

N70#101=#101+0.1;(z值遞增一個步距（jù）)

N80IF[#101LE100.0]GOTO20;N90G01X265.0;

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上程序為最後一（yī）刀的精（jīng）加工程序，在實際加工中要考慮到毛坯的餘量，這就需要先粗車，再精車。粗車同樣也是沿輪廓車削，可（kě）采用G71或者G73指令粗車，然後用G70指令精車，編（biān）製（zhì）完整的（de）程序如下。

O0002

N10G40G21G97G99;N20M03S800;

N30T0101;

N40G00X262.0Z2.0;N50G73U9.0R9.0;

N60G73P70Q150U0.3W0.0F0.2;N70#101=0;(自變量初值)

N80#102=(#101-620)/1339;N90#103=(#101+251.5)/351.8;

N100#104=(#101+740.4)/464.1;

N110#105=14.6/EXP(#102*#102)+9.358/EXP(#103*#103)+24.58/EXP(#104*#104);

N120G01X[2*#105]Z[-#101]F0.1S1000;(直線逼近法加工高斯曲（qǔ）線)

N130#101=#101+0.1;(z值遞增一（yī）個步距)N140IF[#101LE100.0]GOTO80;

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

雖然隨著CAD/CAM軟件的應用，手工編程、宏（hóng）程序應用空（kōng）間日趨縮小，但是在某些情況下PC機也無能為力，這就要求我們深挖手工編程，發揮數控（kòng）機床潛力。