​CNC數控（kòng）車床高（gāo）斯（sī）曲線加工

CNC車（chē）床高斯曲線加工

隨著新產品研製的（de）發（fā）展，許多新產品的形狀采用了特殊曲線，如（rú）橢圓（yuán）、雙曲線和高斯曲線等，而如（rú）何加工這些特（tè）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，然後在數控車床（chuáng）上車削是（shì）較為簡單、經濟和方便的一種方法。

但是這（zhè）種方法對於編（biān）程者要求較高，這是（shì）因為宏程序（xù）的編（biān）製要求（qiú）程序員不僅具有（yǒu）豐（fēng）富的（de）數學知識，還要（yào）熟悉數控（kòng）車床的編程指（zhǐ）令，對（duì）於宏程序更應是了如指掌。

宏（hóng）程（chéng）序分為A類和B類兩種：A類宏程序通常采用H代碼編製，B類宏程序通（tōng）常用賦（fù）值語句和（hé）數學公式進行編製，易為（wéi）大（dà）家（jiā）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型數控係統中變量（liàng）分（fèn）為4種類型，即空變量、局部變量、公共變量和係統（tǒng）變量。空變量的變量號為#0，該變量總為空，沒有值（zhí）能賦給該變量;局部變量的變量號（hào）為#1～#33，該類變量（liàng）隻能（néng）用於在宏程序中存儲數據，當（dāng）斷電時局部變量初（chū）始化為空，調用宏程序時，給（gěi）局部變量賦值。公共變（biàn）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（huà）為空，變（biàn）量#500～#999中的數據保存，即使斷電也（yě）不丟失。係統變量的變量號為#1000～，係統變量用於讀和寫CNC的各（gè）種數據，例如刀具的當前位置和刀具補償值等（děng）。我們在編寫（xiě）宏（hóng）程序時（shí）可以引（yǐn）用局部變量和公共變量，在引用變量，特別是公共變量時，為消除變量內原有數據的影響，一定要給變量重新賦值後再引用（yòng）。

宏程序是用戶實現機（jī）床（chuáng）功能擴展（zhǎn）的一種（zhǒng）方法。在（zài）宏程序中可以使用變量，給變量賦值，變量間可（kě）進行運算（suàn）和程序跳轉。此外，宏程序還提供了循環語句、分支語句（jù）和子程序調用語句，一層（céng）宏循環裏還可以嵌套多層循環。所以可以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（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（sī）曲線在直角坐標係下的（de）方程是其中x是自變量，y是因變（biàn）量。但此方程我（wǒ）們還不能直接（jiē）應用於數控（kòng）車（chē）床，因為在數控車床上，坐標係是這樣規

定的：Z軸與主（zhǔ）軸軸線平行，正方向是遠離工件（jiàn）方向，X軸與主軸軸線垂直（zhí），正方向是遠離主軸軸線方向。因此我們需要把直角坐標係的方程轉換為數（shù）控車床坐標係下的方程，同時數（shù）控車床不能識別指數函數和平方等數學符號，這就（jiù）需要用宏程序中（zhōng）的算術和邏輯運算符號替換（huàn）其中的數學符號，變成數控車（chē）床可識別的公式。

經變換後高斯曲線在數控坐標下的方程如下（xià）。

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（shù）控車床加工特殊曲線的方法

數控車床可通過G01、G02等G代碼直接加工直線、圓弧，但並（bìng）沒有專門的G代碼來加工橢圓、雙曲（qǔ）線和高斯曲線等特殊曲線。在加工此（cǐ）類曲線（xiàn）時一般采用直線逼近法，即在Z方向上依次遞減（jiǎn）或遞增，以0.05mm～0.5mm為一個步距，每遞減或遞增一個步距得到一個Z值。然後，通過曲（qǔ）線方程計算求出對應的X值，再將刀具直線插補至計算得出的(X，Z)值所確定（dìng）的點，依次插補便可完成特殊（shū）曲線的加工。

四、編製加工高斯曲線的宏程序

現以一個簡單的零件為例，說明高斯曲線的宏程序編製過（guò）程。如（rú）圖1所示，在Φ260mm的毛坯棒料（liào）上加工一段長100mm的高斯曲線（xiàn）外輪廓。圖1是（shì）直角坐標係下的（de）零件圖（tú）樣，圖2是數控坐標下的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數控（kòng）坐標方程中，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（shì）(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（zēng）一個步距)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上（shàng）程序為最（zuì）後一刀的精加（jiā）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（jīng）車。粗車同樣也（yě）是（shì）沿輪廓車削，可采用G71或（huò）者G73指令粗車，然（rán）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（biàn）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線)

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

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

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