CNC數控車床高斯曲線加工

CNC車床高斯曲線（xiàn）加工

隨著新產品研製的發展，許多新產品的形狀采用（yòng）了特殊曲線，如橢圓、雙曲線（xiàn）和高斯曲線等，而如何加工這些特殊曲線就（jiù）成了機加人員的新課題。

從（cóng）多年的實踐來看，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（hé）方便的一種（zhǒng）方法。

但（dàn）是這種（zhǒng）方法對（duì）於編程者要求較高（gāo），這是因為（wéi）宏（hóng）程序的編製要求程序員（yuán）不僅具有豐富的數學知識，還要熟悉數控車床的（de）編程指（zhǐ）令，對（duì）於宏（hóng）程序更應是了如指掌。

宏程序分為A類和B類兩種：A類宏程序通常采用H代碼編製，B類宏程序通常（cháng）用賦值語句和數（shù）學公（gōng）式進行（háng）編製，易為大家接受，FANUC0i型數控係（xì）統的（de）宏程序就是B類。

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一（yī）、FANUC0i型數控係統（tǒng）宏程序

在FANUC0i型數控係統中變量分為4種（zhǒng）類型，即空變量、局部變量、公共變量和係統變量。空變量的變量號為#0，該變量總為空，沒有值能賦給該變量（liàng）;局部變量的變量號為#1～#33，該類變量隻能用於（yú）在宏程序中存儲數據，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（zhí）。公共變量的（de）變量號為#100～#199、#500～#999，公（gōng）共變量在不同的宏程序中的意（yì）義相同。當斷電時，變量#100～#199初始化為空，變量#500～#999中的數據（jù）保存，即使斷電也不丟失。係統變（biàn）量的變量號為#1000～，係統變量（liàng）用於讀和寫CNC的各種數據，例如刀具的當前位（wèi）置和刀（dāo）具補償值（zhí）等。我們在編寫（xiě）宏程序時可以引（yǐn）用局部變量和公（gōng）共變量，在引用變量，特別是（shì）公共變量時，為消除變量內原有數據的影（yǐng）響，一定要給變（biàn）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（jù）和子程序調用語（yǔ）句（jù），一層宏循環裏還可以嵌套多層（céng）循（xún）環。所以可（kě）以應用宏程序指令編（biān）製出簡潔合理的小容量加（jiā）工程序，擴展數控機床功能，提高加工效率，充分發揮數控（kòng）機床的作用。

二、高斯曲線（xiàn）的方程

高斯曲線在（zài）直角坐標係下的方程是

，其中x是自變（biàn）量，y是因變量。但此方程我們（men）還不能直接應用於數控車床，因為在數控車床上，坐標係是這樣規

定的：Z軸與主軸軸線（xiàn）平行，正方向是遠離工件方（fāng）向，X軸與主軸軸（zhóu）線垂直，正方（fāng）向是遠離主軸軸線方（fāng）向。因（yīn）此我們需要把直角坐標係（xì）的方程轉換為數控車床坐標係下的（de）方程，同時（shí）數控車床不能識別指數函數（shù）和平方等數學符號，這就（jiù）需要用宏程序中的算術和（hé）邏輯運算符號替換其中的數（shù）學符號，變成數控車床可識別（bié）的（de）公式。

經變（biàn）換後高斯曲線在數（shù）控（kòng）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（jiā）工特殊曲線的方法（fǎ）

數（shù）控車床可通過G01、G02等G代（dài）碼直接加工直線、圓弧，但並沒有（yǒu）專門的G代碼來加工橢圓、雙（shuāng）曲線和高斯曲線等特殊曲線。在加工此（cǐ）類曲線時一般采用（yòng）直線逼近法，即在Z方向上（shàng）依次遞減或遞增，以0.05mm～0.5mm為一個步距，每遞減或遞增（zēng）一個步距得到一個Z值。然後，通過曲線方程（chéng）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（suǒ）確定的點（diǎn），依次插補便可完成特殊曲線（xiàn）的加工。

四、編製加工高斯曲（qǔ）線的宏程（chéng）序

現以一（yī）個簡（jiǎn）單的零件為例，說明高斯（sī）曲線的宏程序編製過程。如（rú）圖1所示（shì），在Φ260mm的毛坯棒料上加工一段長100mm的高斯曲線外輪廓。圖1是直角坐（zuò）標係下的（de）零件圖樣，圖（tú）2是數控坐標下的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數控坐標方程（chéng）中，我們用#101表示自變量（liàng）z，用#102表示（shì）(z-620)/1339，用#103表示(z+251.5)/351.8，用#104表（biǎo）示(z+740.4)/464.1，用（yòng）#105表示因變量x，則高（gāo）斯曲線的方程（chéng）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（sī）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;

以上程序（xù）為最後一（yī）刀的精加工程序，在實際加工中要考慮（lǜ）到毛坯的餘量，這就需要（yào）先粗車，再精車。粗車同樣也是沿輪廓車削，可采用G71或者G73指（zhǐ）令粗車，然後用G70指令精車，編製完整的程（chéng）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值遞增一個步距)N140IF[#101LE100.0]GOTO80;

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

雖然（rán）隨著CAD/CAM軟件的應用，手工編程、宏程（chéng）序應用空間日趨縮小，但是在某些情況下PC機也無（wú）能為力，這就要求我們深挖手工編程，發揮數控機床潛力。