CNC数控车床高斯曲线加工

CNC车床高斯曲线加工

随着新产品研制的发展，许多（duō）新产（chǎn）品的形状采（cǎi）用了特殊曲线，如椭圆、双曲线和高斯曲线等，而如何加工这些特殊曲线就成了机加人员的新课题。

从（cóng）多年（nián）的实践来看，采用宏程序（xù）编程，然后在数控车床上车削是较为简单（dān）、经济和方便的一种方法（fǎ）。

但是这种方法对于编程者（zhě）要求较高，这是因为宏（hóng）程序的编制要求程序员不仅具有丰富的数学知识，还要熟悉数控车床的编程（chéng）指令，对于宏程序更应是了如指掌。

宏程序分为A类和B类两种：A类宏（hóng）程（chéng）序通常采用H代码编制，B类宏程序通常用赋值语句和数学（xué）公式进行编制，易为大家接（jiē）受，FANUC0i型数控（kòng）系统的宏程序就是B类。

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一、FANUC0i型数控系统（tǒng）宏程序

在FANUC0i型数控系统（tǒng）中变量分为4种（zhǒng）类型，即空变量、局部变（biàn）量、公共变量和系统变量（liàng）。空变量的变量号为（wéi）#0，该（gāi）变量总为空，没有值能赋给该变量;局部变量的变量号为#1～#33，该类变量只能用于在宏程序中存储数据，当断电（diàn）时局部变量（liàng）初始（shǐ）化为空，调用（yòng）宏程（chéng）序时，给局部（bù）变量赋值。公（gōng）共变量的变量（liàng）号为#100～#199、#500～#999，公共变量在不同的宏程序中的意义相同。当断电时，变量（liàng）#100～#199初始化为空，变量#500～#999中的（de）数据保存（cún），即使断电也不丢失。系统变量的变量号为#1000～，系统变量用于读和（hé）写CNC的各（gè）种数据，例如刀具的当前（qián）位置和刀具补偿值等。我们在编写宏程序（xù）时可以引用局部变（biàn）量和（hé）公共变量，在引用变量，特别是公共变量时（shí），为消除变量内原有数据的影响，一定要给变量重新赋值后再引用。

宏程序是用户实（shí）现机床功能扩展的一（yī）种方法。在宏程序中可以使用变（biàn）量，给变量赋值，变量（liàng）间可进行运算和程序跳转。此外，宏程序还提供了（le）循环语句、分支语句和子程序（xù）调用语句，一层宏循环里（lǐ）还可以（yǐ）嵌套多层循（xún）环。所以可以应用宏程序指令编制出简洁合理的小容量加工程（chéng）序，扩展数控机床功（gōng）能，提高（gāo）加工效率，充分发（fā）挥（huī）数控机床的作（zuò）用。

二（èr）、高斯曲线的方程

高斯曲线在直角坐标（biāo）系下的方程是

，其中x是自变量（liàng），y是因变量。但此方程我们还不能直接应用（yòng）于数（shù）控车床，因为在数控车床上，坐标系是这样规

定的（de）：Z轴与主轴轴线平行，正方（fāng）向是远离工件方向，X轴与主轴轴（zhóu）线垂直，正方向是远离主轴轴线方向。因此我们需要把直（zhí）角坐标系的方程转换为数控车床坐标（biāo）系下的（de）方程，同时数控车床不能识别指数函数和平方等数学（xué）符号，这就需要用宏程序中的算术和逻辑（jí）运算符号替换其（qí）中的数学符号，变成数控车床可识别的公式。

经变换后高斯曲（qǔ）线在数控坐（zuò）标下的方程如下。

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、数控（kòng）车床加工特殊曲线的方法

数控（kòng）车床（chuáng）可通过G01、G02等G代码直接加工直线、圆弧，但并没有专门的G代码来加工椭圆、双曲线和（hé）高斯（sī）曲线等特殊曲线。在加工此类曲线（xiàn）时一般采用（yòng）直线逼近法，即在Z方向上依次递减或递增，以0.05mm～0.5mm为一个步距，每递减或递增（zēng）一个步距得到一个（gè）Z值。然（rán）后，通过曲线方（fāng）程计算求出对应的X值，再将刀具（jù）直（zhí）线插补至计算得出的(X，Z)值所确定的点，依次插补便可完成特殊曲线的加工。

四、编（biān）制加工（gōng）高斯曲线的宏程序

现以一个简（jiǎn）单的零件为例，说明高（gāo）斯曲（qǔ）线的宏程序编制过程（chéng）。如图1所示，在Φ260mm的毛坯棒料上加工一段长100mm的高斯曲线外（wài）轮廓。图1是直角坐标（biāo）系下的零件图样，图2是数控坐标下的零（líng）件（jiàn）图样。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲线数控坐标方程中，我们用（yòng）#101表示自变量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（biǎo）示因变量x，则高斯曲线的方（fāng）程可表示为：

#105=14.6/EXP(#102*#102)+9.358/EXP(#103*#103)+24.58/EXP(#104+#104)

编制精加工程序如下（xià）：

O0001

N10#101=0;(自变量初值（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;(直线逼近法加工高斯曲线)

N70#101=#101+0.1;(z值递增一个步（bù）距)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上程序（xù）为最后一（yī）刀的精加工程序，在实际加工中要考虑到毛坯的余量，这就（jiù）需要先粗车，再精车。粗车（chē）同样也是沿轮廓车削，可采用G71或者G73指令粗车，然（rán）后用（yòng）G70指令精车，编制完整的（de）程序如下（xià）。

O0002

N10G40G21G97G99;N20M03S800;

N30T0101;

N40G00X262.0Z2.0;N50G73U9.0R9.0;

N60G73P70Q150U0.3W0.0F0.2;N70#101=0;(自变量初值)

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;(直线逼近法加工高斯曲线)

N130#101=#101+0.1;(z值递增一个步距)N140IF[#101LE100.0]GOTO80;

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

虽然随着CAD/CAM软件的应（yīng）用，手工编程、宏（hóng）程（chéng）序应用空间（jiān）日趋缩小，但是在某些情（qíng）况下PC机也无能为力，这就（jiù）要求我们（men）深挖手工编（biān）程，发挥数控机床潜力（lì）。