CNC數控車床高斯曲線加工

CNC車床（chuáng）高斯曲線加工

隨著新產品研製的（de）發展，許多新產品的（de）形狀（zhuàng）采用了特殊曲線，如橢圓、雙曲線和高斯曲（qǔ）線（xiàn）等（děng），而如何加工（gōng）這些特殊曲線（xiàn）就成了機加人員的新（xīn）課題。

從多年（nián）的實踐（jiàn）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）方便的一種方法。

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

宏程序分為A類（lèi）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和數學公式進行（háng）編製，易為大家（jiā）接受，FANUC0i型數控（kòng）係統的宏（hóng）程序（xù）就是B類。

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一、FANUC0i型數控係統宏程序

在FANUC0i型數（shù）控係統中（zhōng）變量分為4種類型，即空變量、局部（bù）變量、公共變量和係統變量。空變量的變量（liàng）號為#0，該變量總為空，沒有值能賦給該（gāi）變（biàn）量;局部變量的變量（liàng）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（bù）變量初始化為空，調用宏程序時，給局（jú）部（bù）變量賦值。公共（gòng）變量的變量號為#100～#199、#500～#999，公共變量在不同的宏程序中的意義相同（tóng）。當（dāng）斷電時，變（biàn）量#100～#199初（chū）始（shǐ）化為空，變量#500～#999中（zhōng）的數據保存，即（jí）使斷（duàn）電也不丟失。係統變量的（de）變（biàn）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（qián）位置和刀具補償值等（děng）。我們在編寫宏程序時可以引用局部變量和公共變量，在引用變（biàn）量，特別是公共變量時（shí），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。

宏程序是用戶實現機床功能擴（kuò）展的一種方法。在（zài）宏程序中可（kě）以（yǐ）使用變量，給（gěi）變（biàn）量賦值，變（biàn）量間可進行運算（suàn）和程序跳轉。此外，宏（hóng）程（chéng）序還提（tí）供了循環語句、分支語句和子程序調用語句，一層宏（hóng）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（de）小容量加工程序，擴展數控機床功能（néng），提高加（jiā）工效率，充分發揮數（shù）控機（jī）床的作用。

二、高斯曲（qǔ）線的方（fāng）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（cǐ）方（fāng）程我（wǒ）們還不能直接（jiē）應用於數控車（chē）床，因為在數控車床（chuáng）上（shàng），坐標係是這樣規

定的：Z軸與主軸軸線平行，正方向（xiàng）是遠離工件方向（xiàng），X軸與主軸軸線垂直，正方向是遠（yuǎn）離主軸軸線方（fāng）向。因此我們需要把（bǎ）直角坐標係的方程轉（zhuǎn）換為數控車（chē）床坐標係下的方程，同時數控車床不（bú）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輯運算符號替換（huàn）其中的數學符號，變成數控車床可識別（bié）的公式。

經變（biàn）換後高斯曲線在數控坐標下的方程（chéng）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、數控車床加工特殊曲線的方法

數控（kòng）車床（chuáng）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代碼來加工橢圓、雙曲線和高斯曲（qǔ）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（jiǎn）或遞增，以0.05mm～0.5mm為一個步距，每遞減或遞增一個步距（jù）得到一個Z值。然後，通過曲線方（fāng）程計算求出對應的X值（zhí），再將（jiāng）刀具直線插補至計算得出的(X，Z)值所（suǒ）確定（dìng）的點，依次插補便可完（wán）成特（tè）殊曲線（xiàn）的加工。

四、編製加工高斯曲（qǔ）線的宏程序

現以一個簡（jiǎn）單的零件為例，說明高斯曲線的宏（hóng）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的高斯曲線外輪廓。圖1是（shì）直角坐（zuò）標係下（xià）的零件圖（tú）樣，圖2是數控坐標下的零（líng）件（jiàn）圖樣。

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在高斯曲線數控（kòng）坐標方（fāng）程中，我們用（yòng）#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(z+740.4)/464.1，用#105表示因變量x，則高斯曲線（xiàn）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;(自變量初值（zhí）)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（xiàn）逼近法加工高（gāo）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，在實際加工中要考慮到毛坯的（de）餘量，這就需要先粗車，再精車。粗車同樣也是沿輪廓車削，可（kě）采用G71或者G73指令粗車，然後用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（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，手工（gōng）編程、宏程序應（yīng）用空間日趨縮小，但是在（zài）某些情況下PC機也無能為力（lì），這就（jiù）要求我（wǒ）們（men）深挖手工編程，發（fā）揮數（shù）控機床潛力。