​CNC數控車床（chuáng）高斯曲線加工

CNC車床高斯（sī）曲線加工

隨著新產品研製的（de）發展（zhǎn），許多新產品（pǐn）的（de）形狀采用了特殊曲線，如橢圓、雙（shuāng）曲線和（hé）高斯曲線等，而如何加工（gōng）這些特殊曲（qǔ）線就成了機加人員的新課題。

從多（duō）年的實踐來看，采用宏（hóng）程序編程，然後在（zài）數控（kòng）車床上車削是較為（wéi）簡單、經濟和方便的一種（zhǒng）方法。

但是這種方法對於（yú）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（fēng）富的（de）數學知識，還要熟悉（xī）數控車床的（de）編程指令，對於宏程序更應是了（le）如指掌。

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

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一、FANUC0i型數控係統宏程序

在FANUC0i型（xíng）數控（kòng）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（liàng）。空變量的（de）變量號為#0，該變量總為空，沒有值能賦給該變量;局部（bù）變量的變量號為#1～#33，該類變量隻能用於在宏程序中存儲數據，當斷電時局部變量初始化為空，調用宏程序時（shí），給局部（bù）變量（liàng）賦值。公（gōng）共變量（liàng）的變量（liàng）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，變（biàn）量#500～#999中的數（shù）據保（bǎo）存（cún），即使斷電也不丟失。係統變（biàn）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（de）當前位置和刀具補償值（zhí）等。我們在編寫宏程序時可以引用局部變量和公共變量，在引用（yòng）變量，特別是公共變（biàn）量時，為消除變量內原有數據的影響，一定（dìng）要給變量重新賦（fù）值（zhí）後再引用。

宏程（chéng）序是用戶實現機床功能擴展的一（yī）種方法。在宏程序中可以使用變量，給變量賦（fù）值，變量（liàng）間可進行運算和（hé）程序跳轉（zhuǎn）。此外，宏程序還提供了循環語句（jù）、分支語句和（hé）子（zǐ）程序調用語句，一層（céng）宏循環（huán）裏還可以嵌套多層循環（huán）。所以可以應用宏程序指令編製出（chū）簡潔合理的小容量加工程序，擴展數控機床功能，提高加工（gōng）效率，充分發揮數控機床的作用。

二（èr）、高（gāo）斯（sī）曲（qǔ）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。但此方程（chéng）我（wǒ）們還不（bú）能直接應用於數控車床（chuáng），因為在數控車床上，坐（zuò）標係是這樣規

定的：Z軸與主軸軸線平行，正方向是遠離工件方（fāng）向（xiàng），X軸與主軸軸線垂直，正方向是遠離主軸軸線方向。因此（cǐ）我們需（xū）要把直角坐標（biāo）係的方程轉換為數控車床坐標係下的方程（chéng），同時數（shù）控車床不能識別指數函數（shù）和平方等數學符號（hào），這就需要用宏程（chéng）序中的算術和邏輯運算符號替換其中的數學符號，變成數控車床（chuáng）可識別的公式（shì）。

經變換後（hòu）高斯曲線在數控坐（zuò）標下（xià）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（jiā）工特殊曲（qǔ）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（huò）遞（dì）增（zēng），以0.05mm～0.5mm為一個步距，每遞減或遞增一個步距得到一（yī）個Z值。然後，通過曲線方程計算求出對應的X值，再將刀具直線（xiàn）插補至計（jì）算得出的(X，Z)值所確定的點，依次插（chā）補便可完成特（tè）殊曲線的加工。

四、編製加工高斯（sī）曲線的宏程序

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

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數控（kòng）坐標方程中（zhōng），我們用#101表示（shì）自變量z，用#102表示(z-620)/1339，用#103表示（shì）(z+251.5)/351.8，用（yòng）#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)

編製精加（jiā）工程序如下：

O0001

N10#101=0;(自變（biàn）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（zhí）線逼近法加工高斯曲線)

N70#101=#101+0.1;(z值遞增一個步距)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上（shàng）程序（xù）為（wéi）最後一刀的（de）精加工程序，在實際加工中要考（kǎo）慮到毛坯的餘（yú）量，這就需要先粗車，再精車。粗車同樣（yàng）也是沿輪廓車削，可采用G71或者G73指令粗（cū）車，然後用G70指令精車，編製完整的程序如（rú）下。

O0002

N10G40G21G97G99;N20M03S800;

N30T0101;

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

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

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（gōng）高斯曲線)

N130#101=#101+0.1;(z值遞增一個步（bù）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（gōng）編程、宏程序（xù）應用空間（jiān）日趨縮小，但是在某些情況下PC機也無能為力（lì），這就（jiù）要求我們深挖手工編程，發揮數控機床潛力。