​CNC數控車床高斯曲線加工

CNC車（chē）床（chuáng）高斯曲線加工

隨著新產（chǎn）品（pǐn）研製（zhì）的發展，許多新（xīn）產品（pǐn）的形（xíng）狀采用了特殊曲線，如橢圓、雙曲線和高斯曲線等，而如何加工（gōng）這些特殊曲線就成了機加人員的新課題。

從多年的實（shí）踐來看，采用宏程序編程，然（rán）後在數控車床上車削是（shì）較為簡單（dān）、經濟和方便的一種方法。

但（dàn）是這種方法（fǎ）對於編程者要求較高，這是因為宏（hóng）程序的編製要求程（chéng）序員不僅具有（yǒu）豐富（fù）的數（shù）學知識，還要熟悉數控（kòng）車床的（de）編程指令，對（duì）於宏程序更應（yīng）是了如指掌。

宏程序分為A類和B類兩種：A類宏程序通常采用（yòng）H代碼（mǎ）編製，B類宏程序通常用賦值語句和數學公式進行編製，易為大家接受，FANUC0i型數控係統的宏程序就是B類。

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一、FANUC0i型數控（kòng）係統宏（hóng）程序

在（zài）FANUC0i型數控係統（tǒng）中（zhōng）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（kōng）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（liàng）;局部變量的變（biàn）量號為#1～#33，該類變量隻能用於在宏（hóng）程序中存儲數據，當斷電時局（jú）部變量初始化為空，調用宏程序時，給局部變量賦值。公共（gòng）變量的變量號（hào）為#100～#199、#500～#999，公共變量在（zài）不同的宏（hóng）程序中的意義相同。當斷電時，變量#100～#199初始化為空，變量#500～#999中的（de）數據保存，即使（shǐ）斷電也不丟失。係（xì）統（tǒng）變量的變量號為#1000～，係統變量用於讀和寫CNC的各種（zhǒng）數據，例（lì）如刀具的當前位置和刀具補償值等。我們（men）在編寫宏程序時可以引用局部變量和公共變量，在引用變量，特別是公共變（biàn）量時，為消除變（biàn）量內原有數據的影響，一定要給變（biàn）量重新賦值後再引用。

宏（hóng）程序是用戶實（shí）現機床功能擴展的一種（zhǒng）方法。在宏程序中可（kě）以（yǐ）使用變量，給變量賦值，變量間（jiān）可進行運算和（hé）程（chéng）序跳轉。此外，宏程序還提供了循環語句（jù）、分支（zhī）語句和子程序調用語句，一層宏循環裏還可以嵌套多層循環。所以可（kě）以（yǐ）應用宏程序指令編製出簡潔合理的小容量加工程序，擴展數控機床功能，提高（gāo）加工效率，充分發揮數控機床的作用。

二、高斯曲（qǔ）線的方程

高斯曲線（xiàn）在直角（jiǎo）坐標（biāo）係下的方程是

，其中x是自變（biàn）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，因為在數控車床上，坐標係是這樣規

定的：Z軸與主軸軸線平行，正（zhèng）方向是遠離工（gōng）件方（fāng）向，X軸與主軸軸線垂直（zhí），正方向是遠離主軸軸線方向。因此我們（men）需要把直角坐標係的方程轉換為數控車床坐標（biāo）係下的方程，同時數控車床（chuáng）不能識別指數函數和平方（fāng）等數（shù）學符號，這就需要（yào）用宏程序（xù）中的算術和邏輯運算符號替（tì）換其中的數學符號，變成數控車床可識別的（de）公式。

經變換後高斯曲線在數控（kòng）坐標下的方程如下。

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、數控車床（chuáng）加工特殊曲線的方法

數控車床可通過G01、G02等G代碼直接加（jiā）工直線、圓弧，但並沒有專門的G代（dài）碼來加工橢圓、雙曲線和高斯曲線等特殊曲線。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（dì）增一個步距得到一個Z值。然後，通過曲線方程計算（suàn）求出對應（yīng）的X值，再將刀具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（chéng）特（tè）殊曲線的加工（gōng）。

四、編製加工高斯曲線的宏（hóng）程（chéng）序

現以一個簡單的零件為例（lì），說明高斯曲線（xiàn）的宏程序編製過程。如（rú）圖1所示，在Φ260mm的毛坯棒料（liào）上加工一段長100mm的高斯曲（qǔ）線外輪廓。圖1是直角坐標（biāo）係下（xià）的零件圖樣，圖2是數（shù）控坐標下的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數控坐標方（fāng）程中，我們用#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表示因變量x，則高斯曲線的方程可表示為：

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

編製（zhì）精加工程序如下：

O0001

N10#101=0;(自（zì）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;(直線逼近法加工高斯（sī）曲線)

N70#101=#101+0.1;(z值遞（dì）增一個步距)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上程序為最後一刀的精加工程序，在實際（jì）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，編製完整的程序（xù）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（bī）近法加工高斯（sī）曲線)

N130#101=#101+0.1;(z值遞（dì）增一個（gè）步距)N140IF[#101LE100.0]GOTO80;

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

雖然（rán）隨著CAD/CAM軟（ruǎn）件（jiàn）的應用，手工編程、宏程序應用空間日趨縮小，但是（shì）在某些情況（kuàng）下PC機也無能為力，這就要（yào）求我們深挖手工編程，發揮數控機床潛力。

同（tóng）時宏程序與自動編程比（bǐ）較具有運算速（sù）度快、加工效率（lǜ）高、加工精度（dù）高以及短小精悍等優點。