CNC數控車床（chuáng）高斯曲線加工

CNC車（chē）床高斯曲線加（jiā）工

隨著新產品（pǐn）研製的發展，許多新產品的形（xíng）狀采用了特殊曲線，如橢圓（yuán）、雙曲線（xiàn）和（hé）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（kè）題。

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

但是（shì）這種方法對於（yú）編程者（zhě）要求較高，這是因為（wéi）宏程序的編製要求程（chéng）序員不僅具（jù）有豐富的數學知識，還（hái）要（yào）熟悉數控車床的編程指令，對於宏程序更應是了如指掌。

宏程序分為A類和B類兩種：A類宏程序通常采（cǎi）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製，易為（wéi）大家接受，FANUC0i型數控係統的宏程序就是B類。

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一、FANUC0i型數控係統宏程序

在（zài）FANUC0i型數控係統中變量分為4種類型，即（jí）空變量、局（jú）部變量、公共變量和係統變量。空變量的變量號為#0，該變量總為空，沒有值（zhí）能賦（fù）給該變量;局部變（biàn）量的變量號為#1～#33，該類變量隻能用於（yú）在（zài）宏程序中（zhōng）存儲數據，當（dāng）斷（duàn）電時局部變量初始化為空，調用宏程序時，給局部變量賦值。公共變量的變（biàn）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（diàn）時，變量#100～#199初始化為空，變量（liàng）#500～#999中的（de）數據保存，即使斷電也不（bú）丟失。係統變量的變量號為（wéi）#1000～，係統變量用於讀和（hé）寫（xiě）CNC的各種數據，例如刀具的當前位置和刀具補償值（zhí）等。我們在編寫宏程序時可以引（yǐn）用局部變量和公共（gòng）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（liàng）重新賦值後再引用。

宏程（chéng）序是用戶實現機床（chuáng）功能擴展的一種方法。在宏程序中（zhōng）可以使用變（biàn）量，給變（biàn）量賦值，變量間可（kě）進行運算和（hé）程序跳轉。此外，宏程序還提供了循環語句（jù）、分支語（yǔ）句和子程序調用語句（jù），一層宏循環裏還可（kě）以嵌套多層循環。所以可以應用宏程序指令（lìng）編製出簡潔合理的小容量加工程序，擴展數控機（jī）床功能（néng），提高加工效率，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方程是（shì）

，其中x是（shì）自變量，y是因變量。但此方程我們還不能直接應用於數控車床，因（yīn）為在數控車床上，坐標係（xì）是（shì）這樣（yàng）規

定的：Z軸與主軸軸線平行，正方向是遠離工（gōng）件方向，X軸與主軸軸線垂（chuí）直，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（chéng）轉換為數控車床（chuáng）坐標係下的方程，同時數控車床不能識別指數函數和平方等數學符號，這就需要用宏程序中的算術和邏（luó）輯運算符號（hào）替換其中的數學（xué）符號，變成數控（kòng）車床（chuáng）可識別（bié）的公式。

經變換後（hòu）高斯曲線在（zài）數控坐標下的方程如（rú）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（qǔ）線的方法

數控（kòng）車床可通過G01、G02等G代碼直接加工直線、圓（yuán）弧，但並沒有專門的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（gōng）此（cǐ）類曲線時一般采用直線（xiàn）逼近法，即在Z方向上依次遞（dì）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（dào）一個Z值。然後，通過曲線方程計算求出對應的X值，再將刀具直線插補至計算得出的(X，Z)值所確定的點，依次插補便可完（wán）成（chéng）特殊曲線（xiàn）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（jiàn）為例，說明（míng）高斯曲線的宏程序編製過程（chéng）。如圖1所示，在Φ260mm的毛坯棒料（liào）上加工一（yī）段長100mm的高斯（sī）曲線外輪廓。圖1是直角坐標係（xì）下的零件圖樣，圖2是數控坐標下的（de）零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數（shù）控坐標方程中，我們用#101表示自變（biàn）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（jīng）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的精加工程序，在實際加工中要考（kǎo）慮到毛坯的餘量，這就（jiù）需要（yào）先粗車，再精車。粗（cū）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（yòng）G70指令精車，編製完整的程序如下。

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線)

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

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

雖然隨著CAD/CAM軟件的應用，手工（gōng）編程、宏程序應用（yòng）空間日趨縮（suō）小，但是在（zài）某些情況下PC機（jī）也無能為（wéi）力，這就要求我們深挖手工編程，發揮數控機（jī）床潛力。

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