CNC數控車床高斯曲線加工

CNC車（chē）床（chuáng）高斯曲線加工

隨著新產品（pǐn）研製的發展，許多新產品的形狀采用了特殊曲（qǔ）線，如橢圓、雙曲線和（hé）高斯曲線等，而如何加工這（zhè）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（biān）程，然後在數控車床上車削是（shì）較為簡單、經（jīng）濟和方便的一種方（fāng）法（fǎ）。

但是（shì）這（zhè）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員不僅具有豐富的（de）數學知識，還要熟悉數控車床的編程指令，對（duì）於宏程序更應是（shì）了如指掌。

宏程序（xù）分為（wéi）A類和B類兩種：A類宏（hóng）程序通常（cháng）采用H代碼編製，B類宏程序通常用（yòng）賦值語句和（hé）數（shù）學公式進行編製（zhì），易為大（dà）家接受，FANUC0i型數控係統的宏程序就是B類。

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一、FANUC0i型數控係統宏程序

在FANUC0i型數控（kòng）係統（tǒng）中變量分為（wéi）4種類型，即空變量、局部變量、公（gōng）共變量和係統變量。空變量的變量號為#0，該變量總為空（kōng），沒有（yǒu）值（zhí）能賦給該變量;局部變量的變量號為#1～#33，該類（lèi）變量隻（zhī）能用於在宏程序（xù）中存儲數據，當斷電時局部變量初始化為（wéi）空，調用宏程序時，給局部變量賦值。公（gōng）共變量的變量號為#100～#199、#500～#999，公共變量在不同的宏程序中的意義相同。當斷電時，變量#100～#199初始化為空（kōng），變量#500～#999中（zhōng）的數據保存，即使斷（duàn）電也不丟失。係統變量的變量號為#1000～，係統變量用於讀和（hé）寫CNC的各種數據，例如刀具的當前（qián）位置和刀具補償值等。我（wǒ）們在編寫宏程序時可以引用局部變（biàn）量和公共變量，在引用變量，特別是公共變量（liàng）時，為消除（chú）變量（liàng）內原有數據的影（yǐng）響，一定要給變量重新賦值後再引用。

宏程序是用戶（hù）實現機床（chuáng）功能擴展的一種方法（fǎ）。在宏程序中可以（yǐ）使用變量，給變量賦（fù）值，變（biàn）量間可進行運算和程序跳轉。此外，宏程序（xù）還提供了循環語句、分支語句和子程序調用語句（jù），一層（céng）宏循環裏還可以（yǐ）嵌套（tào）多層循環。所以可以應用宏程序指令編（biān）製出簡潔合理的小容量加工程序，擴展數控機床功能，提（tí）高加工效率，充分發揮數控機床的作用。

二、高斯曲線的方程

高斯曲線在直角坐標係下的方程是

，其中x是自變量，y是因（yīn）變量。但此方（fāng）程我們還不能直接應用於數控車床，因為在數控（kòng）車床上，坐標係是這（zhè）樣規

定的：Z軸與主軸軸線平行，正方向是遠（yuǎn）離（lí）工件方向，X軸與主軸軸線垂直，正方向是遠離主軸軸線方向。因此我們需要（yào）把直角坐標係的方程轉（zhuǎn）換為（wéi）數控（kòng）車床（chuáng）坐標係下的方程，同時數控車床不能識別指數（shù）函數和平方等數學符號（hào），這就需要用宏程序中的算術和邏輯運算符號替（tì）換其中（zhōng）的（de）數學符號，變成數控車床可識別的公式（shì）。

經（jīng）變換（huàn）後高斯（sī）曲線在數控坐標下的方程如下。

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、數控車床加工特殊（shū）曲線的方法

數控車（chē）床（chuáng）可通過（guò）G01、G02等G代碼直接加工直線、圓弧，但並沒有（yǒu）專門的G代碼（mǎ）來加工橢圓、雙曲線和高斯曲線等特殊曲線。在加工此類（lèi）曲線時一般采用直線逼近法，即在Z方向上依次遞（dì）減或遞增（zēng），以0.05mm～0.5mm為一（yī）個步距，每遞減或遞增一個步距得到（dào）一個Z值。然後，通過曲線方（fāng）程計算求出對應的X值，再將刀具直線插補至計（jì）算得出的(X，Z)值所確定的點，依次插補便可完成特殊曲（qǔ）線的加工。

四、編製加工（gōng）高斯（sī）曲線的宏程序

現以一（yī）個簡單的零件（jiàn）為例，說明高（gāo）斯曲線的宏程序編製過程。如圖1所（suǒ）示，在Φ260mm的毛坯棒料（liào）上加工一段長100mm的高斯曲線（xiàn）外（wài）輪廓。圖1是直角（jiǎo）坐標係（xì）下的零件圖（tú）樣，圖2是數控坐（zuò）標下的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲（qǔ）線數控坐標方程中，我們用#101表（biǎo）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（biàn）量x，則高斯曲線的（de）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：

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;

以上程序為最後一刀（dāo）的精加工（gōng）程（chéng）序，在實際加（jiā）工中要考慮（lǜ）到毛坯的餘量，這就（jiù）需要先粗車（chē），再精車。粗車同樣也是沿輪廓車削，可采（cǎi）用G71或者G73指令粗車，然後用G70指令精車，編製完整的程序如下（xià）。

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（xiàn）逼近法加工（gōng）高斯曲線)

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

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

雖然隨著CAD/CAM軟（ruǎn）件的應用，手工編程、宏程序應用空（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（shēn）挖手工編程，發揮數（shù）控機床潛力。

同時宏程序與自動編程比較具有運算速度快、加工效率高、加工精度高以及短小精悍等優點。