CNC數控車床高斯曲線加工

CNC車床高斯（sī）曲線加工

隨（suí）著（zhe）新產品研製的發展，許多新產品的（de）形狀采用了特殊（shū）曲線，如橢圓、雙曲線和（hé）高斯曲線等，而如何加工這些特（tè）殊曲線就成了機加人員的新課題。

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

但是這種方法對於編程者要求較高，這是因為宏（hóng）程序的編製要（yào）求程序員不僅具有豐富的數學（xué）知識，還要熟（shú）悉數控車床的編程（chéng）指令，對於宏程序更應是了如指掌。

宏（hóng）程序分為A類和B類兩種：A類宏程序通常采用H代碼編製，B類宏程序通常用賦值語句（jù）和數學公式進行編製，易為大家接受，FANUC0i型（xíng）數控係統（tǒng）的宏程序就（jiù）是B類。

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一、FANUC0i型數（shù）控係統宏程序

在FANUC0i型數（shù）控係統中變量分為4種類型，即空變量、局部變（biàn）量、公共變量和係統變量。空變量的變量號為#0，該變量總為（wéi）空，沒有值能賦給（gěi）該變量（liàng）;局部變量的變量號為#1～#33，該類變量（liàng）隻能用於在宏程序中（zhōng）存儲（chǔ）數據，當斷電時局部變（biàn）量初始化為（wéi）空，調（diào）用宏程序時，給局部變量賦值。公共（gòng）變量（liàng）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，變量（liàng）#500～#999中的數據保（bǎo）存，即使斷電也不丟失。係（xì）統變量的變量號為#1000～，係統變量用於（yú）讀和寫CNC的各種數據，例如刀具的（de）當前位置和刀具補償值等。我們在編（biān）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（bié）是（shì）公共變量時，為消除變量內原有數據的影響，一（yī）定要給變量重新賦值後再引用。

宏程序是用戶實現機床功能擴展的一種（zhǒng）方法。在宏程序中可以使用變量，給變量賦值，變量間可進行（háng）運算和程序跳轉。此外，宏程序還提供了循環語句、分支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（suǒ）以可以應用宏程序指令編製出簡潔合理的（de）小容（róng）量加工程序，擴（kuò）展數控機（jī）床功能，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

高斯曲線在直（zhí）角坐標係（xì）下的方程是（shì）

，其中x是自變（biàn）量（liàng），y是因變量。但（dàn）此方程我們還不能直接應用（yòng）於數控車床，因為在數控車床上，坐標係是這樣（yàng）規

定的：Z軸與主軸軸線（xiàn）平行，正方向是遠離工件方向（xiàng），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（bǎ）直角坐標係的方程轉換為數控車床坐標係下的方程，同時數控車床不能識別指數函數和平（píng）方等數學符號，這就需要用宏程序中的算術和邏輯運算符號替換其中的（de）數學符號，變成數控車床可識別的公式。

經（jīng）變換（huàn）後高斯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（sān）、數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，但並沒有專門（mén）的G代碼來加工橢（tuǒ）圓、雙曲線和高斯曲線等特殊曲線。在加工此（cǐ）類曲線時一（yī）般采用直（zhí）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（bù）距，每遞減或遞增一個步距得到一個（gè）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（jì）算得出的(X，Z)值所確定的（de）點，依次插補便可完（wán）成特殊曲線的加（jiā）工。

四、編製加工高斯曲線的宏程序

現以一個簡單的零件為（wéi）例，說明高斯曲線的宏程序編製過程。如圖1所示（shì），在Φ260mm的毛坯（pī）棒料上加工（gōng）一段長（zhǎng）100mm的高斯（sī）曲線外輪廓。圖1是（shì）直角坐標係（xì）下的零件圖樣，圖2是數控坐（zuò）標下的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數（shù）控（kòng）坐標（biāo）方程中，我們用#101表示自變量z，用#102表示(z-620)/1339，用（yòng）#103表示(z+251.5)/351.8，用#104表示(z+740.4)/464.1，用#105表示因（yīn）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)

編製精加工程序如下：

O0001

N10#101=0;(自變量初（chū）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)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上（shàng）程序為最後一刀的精加工程序，在實（shí）際加工中要考（kǎo）慮到毛坯的餘量，這就需要先粗車（chē），再（zài）精車。粗車同（tóng）樣也是（shì）沿（yán）輪廓車削，可采用G71或者（zhě）G73指令粗車，然後用G70指令（lìng）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（zì）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（jiā）工高（gāo）斯曲線)

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

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

雖然隨著CAD/CAM軟（ruǎn）件的應用，手（shǒu）工編程（chéng）、宏程序應用空間日趨縮小，但是在某些情況下PC機也無能為力，這就要求我（wǒ）們深挖（wā）手工編程，發揮數（shù）控機床潛力（lì）。

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