​CNC數控車床（chuáng）高（gāo）斯曲線（xiàn）加工

CNC車（chē）床高（gāo）斯曲線加工

隨著新產（chǎn）品研製的發展，許多新產品的形狀采用了特殊曲線，如橢圓、雙曲線和高斯曲線等（děng），而如何（hé）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（shí）踐來看（kàn），采用宏程序（xù）編（biān）程，然後在數控車床上車削是（shì）較為簡（jiǎn）單、經濟和方便的一種方法。

但是這種方法對於編程者要（yào）求較高，這是因為宏程序的（de）編製要求程序員不僅具有豐富（fù）的數學知識，還要熟悉數控車床的編程指令，對於（yú）宏程序更應是了如指（zhǐ）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（chéng）序通常用賦值語句和數學公式進行（háng）編製，易為大家接受，FANUC0i型（xíng）數控（kòng）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型數控係統中變量分為4種類型，即空變量、局部變量、公共（gòng）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;局部變量的變量號為#1～#33，該類變量隻能用於在宏（hóng）程序中存儲數據，當斷電時局部變量初始化為空（kōng），調（diào）用宏程序時，給局部變量賦值。公共變量的變量號為#100～#199、#500～#999，公共變量在不同的宏程序中的（de）意義相同。當斷電時（shí），變量#100～#199初始化為空，變量#500～#999中的數據保存，即使斷（duàn）電也不丟失。係統變量的變量號為#1000～，係統變量用於讀和寫CNC的各（gè）種（zhǒng）數據，例如刀具的當前位置和刀具補償值等。我們在編寫宏程序時可（kě）以引用局部變量（liàng）和公共變量，在引用變量，特別是公（gōng）共變量（liàng）時（shí），為（wéi）消除變量內原有數（shù）據的影響，一定要給變（biàn）量重新賦值後再（zài）引用。

宏（hóng）程序是用戶實現機床功能擴（kuò）展的一種方法。在宏程序中可以使用變量，給變量賦值，變量間（jiān）可進行運算和程序跳轉。此外，宏程序還提供了循環語句、分支語（yǔ）句（jù）和（hé）子程序調用（yòng）語句，一層宏循環裏還（hái）可以嵌套多層循環。所以可（kě）以應用宏程（chéng）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，提高加工效（xiào）率，充分發揮數控機床的作用。

二、高斯曲線（xiàn）的方程

高斯曲線在直角坐標係下的方程是

，其中x是（shì）自變量，y是因變量。但此方程我們還不能直（zhí）接應用於數控車床（chuáng），因為在數控（kòng）車床上，坐標係是這樣（yàng）規

定的：Z軸與主軸軸線平行，正方向是遠離工件方（fāng）向，X軸與主軸軸線垂直，正方（fāng）向（xiàng）是遠離主（zhǔ）軸軸線（xiàn）方向。因此我們需要把直角坐標係的（de）方程轉換為數控車床坐標係下的方程，同時（shí）數（shù）控車床不（bú）能識（shí）別指數（shù）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（jí）運算符號替換其中的數學符號，變成數控（kòng）車床可識別（bié）的公式。

經變換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、數控車床加工特殊曲線的方法

數控（kòng）車（chē）床可通（tōng）過G01、G02等G代碼直接加工直線（xiàn）、圓弧，但並沒有專門的G代碼（mǎ）來加工橢圓、雙曲線和高（gāo）斯曲線等特殊曲線。在加（jiā）工此類曲線時一般采用直線逼近法，即（jí）在Z方向上依（yī）次遞減（jiǎn）或遞增，以0.05mm～0.5mm為一個步距，每遞減或遞（dì）增一個步距得到一個Z值。然後，通過曲線方程計算求出對應的X值，再將刀具（jù）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）成特殊曲線（xiàn）的加工（gōng）。

四、編製加工高斯曲線的宏程序

現以一（yī）個簡單的零件為例，說明高斯曲線的宏程序編製過程。如圖1所示，在Φ260mm的毛坯棒料上加工一段長100mm的高（gāo）斯曲線外（wài）輪廓。圖1是直角坐標（biāo）係下的零件圖樣，圖2是數控坐（zuò）標下的零（líng）件圖樣（yàng）。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數控坐標方程中，我（wǒ）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(z+740.4)/464.1，用（yòng）#105表示因變量x，則高斯曲線的方（fāng）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（rú）下（xià）：

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（jiā）工高斯曲（qǔ）線)

N70#101=#101+0.1;(z值遞增一個步距)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上程序為最後（hòu）一刀的精加工程序，在實際加工中要考慮到毛坯的餘量，這就需要先粗車，再精車。粗車同樣也是沿輪廓車削，可采用G71或者G73指令（lìng）粗車，然後用G70指令（lìng）精車，編（biān）製完整的程序如（rú）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（zhe）CAD/CAM軟件的應用，手工編程、宏程序應用空間日趨縮小，但是在某些情（qíng）況下（xià）PC機（jī）也無能為力，這就（jiù）要求我們深挖手工編（biān）程，發揮數控機（jī）床潛力。

同時宏程序（xù）與自動編程比（bǐ）較具有（yǒu）運算速度快、加工效率（lǜ）高、加工精度高以及短小精悍等（děng）優點。