CNC車床高斯曲線加工

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隨著新產品研製的發展，許多新產品的形狀采用了（le）特殊（shū）曲線，如橢圓、雙曲線和高斯曲線（xiàn）等（děng），而如何加（jiā）工這些（xiē）特殊曲線就成了（le）機加人員的新課題（tí）。

從（cóng）多（duō）年的實踐來看，采用宏程序編（biān）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。

但是這種方法對於編程（chéng）者要求較高，這是因為宏程序的編製（zhì）要求程序員不僅具有（yǒu）豐富的（de）數（shù）學知識（shí），還要熟悉數控車床的編程指令，對於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（tōng）常采用H代（dài）碼編製，B類宏程序通常用賦值語句和數學公式進行編製，易為大家接受，FANUC0i型數控係統的宏程序就是B類。

▽長按（àn）愛心，添加小編，技術交流▽

一、FANUC0i型數控係統宏程序

在FANUC0i型數（shù）控（kòng）係統中變量分為4種類型，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;局部變量的變量號為#1～#33，該類變（biàn）量隻能用（yòng）於在宏程序（xù）中存儲數據，當（dāng）斷電時局部變（biàn）量初始（shǐ）化為空，調用宏（hóng）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（xù）中的意義相同（tóng）。當斷電（diàn）時（shí），變量#100～#199初始化（huà）為空，變量#500～#999中的數據保存，即使斷電也不丟失。係統變量（liàng）的變（biàn）量（liàng）號為#1000～，係統變量用（yòng）於讀和（hé）寫CNC的各種數據，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以引用局部（bù）變量和公共變量，在引用變量，特（tè）別是公共變量時，為消除變量內原有數據的影響，一定要給變量重新賦值（zhí）後再引用。

宏程（chéng）序（xù）是（shì）用戶實（shí）現機（jī）床功能擴展（zhǎn）的一種方法。在宏程序中可以（yǐ）使用變量，給變量賦值，變量間可進行運算和程序跳轉。此（cǐ）外，宏程序還提供（gòng）了循環語句、分（fèn）支語句（jù）和子（zǐ）程序調用語句，一層宏循環（huán）裏還可（kě）以嵌套多層循環。所以可以應用宏程序指令編製出簡潔（jié）合理的小容（róng）量加工程（chéng）序，擴展（zhǎn）數控機床功能，提高加工效率，充分發揮數控機床（chuáng）的（de）作用。

二、高斯曲線的方（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是因變量。但此方程我們還（hái）不能直接（jiē）應用於數控車床，因為在數（shù）控車床上，坐（zuò）標係是這樣規

定的：Z軸與主軸軸（zhóu）線平行，正方向是遠離工件方向，X軸與主（zhǔ）軸軸線垂直，正方向是遠（yuǎn）離主軸軸線方向。因此我（wǒ）們需（xū）要把直角坐標係的方程轉換為數控車床坐標係下的方（fāng）程，同時數控車床不能（néng）識別指數函數和平方等數學符號，這就需（xū）要用宏程序中的算術和邏（luó）輯運算符（fú）號替換其中的（de）數學符號，變成數控車床可識（shí）別的公式。

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（qǔ）線（xiàn）的方法

數控（kòng）車床可通過G01、G02等G代碼直接加工直（zhí）線（xiàn）、圓（yuán）弧，但並沒有專門的G代碼來加工橢（tuǒ）圓、雙曲線和高斯曲線等特殊曲線（xiàn）。在加工（gōng）此類（lèi）曲線時一般采用直線逼近法，即在Z方向上依次（cì）遞減或遞增，以0.05mm～0.5mm為（wéi）一（yī）個（gè）步距，每遞減或（huò）遞增一個步距（jù）得到一個Z值。然後，通過曲線（xiàn）方程計算求出對應的X值，再將刀（dāo）具直線（xiàn）插補至計（jì）算得出的(X，Z)值所確定的點，依次插補便可（kě）完成特殊曲線的加工。

四、編製（zhì）加工高斯曲線的宏程序

現以一個（gè）簡單的零（líng）件為例，說明高斯曲（qǔ）線的宏程序（xù）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（xiàn）外輪廓。圖1是直角坐標係（xì）下的零（líng）件圖樣（yàng），圖2是數（shù）控坐（zuò）標下的零件圖樣。

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在高斯曲（qǔ）線數控坐標（biāo）方程中，我們用#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#105表示（shì）因變量x，則高斯曲（qǔ）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（chéng）序如下（xià）：

O0001

N10#101=0;(自變（biàn）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（zēng）一個步距)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上程（chéng）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（liàng），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指令粗車（chē），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（xiàn）)

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軟件的應（yīng）用，手工（gōng）編程、宏（hóng）程（chéng）序應用空間日趨縮小，但是在某些情況下PC機也無能（néng）為力，這（zhè）就（jiù）要求我們深挖手工編程，發揮數控機床潛力（lì）。