​CNC数控车床高斯曲（qǔ）线（xiàn）加工

　　

CNC车床高（gāo）斯曲线（xiàn）加工

随着新产品研制的发展，许多（duō）新（xīn）产品的形状采用了特（tè）殊曲线，如椭圆、双曲线（xiàn）和高斯曲线（xiàn）等，而如何加工这（zhè）些特殊曲线就成了机加人员的新课题（tí）。

 

从多年（nián）的实践来看，采用宏程序编程，然后在（zài）数控车（chē）床上车削是较为简（jiǎn）单、经济和方便的一种方法。

 

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

 

宏程序分为A类和B类两种（zhǒng）：A类宏程（chéng）序通（tōng）常（cháng）采用H代码编制，B类宏程序通常用赋值语句（jù）和数学公式进行编制，易为大家接（jiē）受，FANUC0i型数（shù）控系统的宏程序就是（shì）B类。

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一、FANUC0i型数控系统宏程序

在FANUC0i型数控系统中变（biàn）量分（fèn）为4种类型，即空（kōng）变量、局部变（biàn）量、公共变（biàn）量和系统变量。空变量的变量（liàng）号为#0，该变量总为空，没有值能（néng）赋给该变量;局部变量（liàng）的变（biàn）量号为#1～#33，该类变量只能用于在宏程序中存储数据，当断电时局部变量初始化为空，调用宏程序时，给局部变量赋值。公共变量（liàng）的变量号为#100～#199、#500～#999，公共变量（liàng）在不同（tóng）的宏程序中的意义相同。当断电时，变量#100～#199初始化为空，变量（liàng）#500～#999中的数据保存，即使断电也不丢失（shī）。系统变量的（de）变量号为#1000～，系（xì）统变量用于读和写CNC的各种数据，例如刀具的当（dāng）前位置和刀具补偿值等。我们在编写宏程序时可以引用（yòng）局部（bù）变量和公共（gòng）变（biàn）量，在引用（yòng）变量，特别是公共变量时，为消除（chú）变量内原有（yǒu）数据的影响，一定要给变量重新赋值后再引用。

 

宏程序是用户实现机床功（gōng）能扩展的一种方法。在宏程序中可以使用变量（liàng），给变量赋值，变量间可（kě）进行运算和（hé）程序跳转。此外，宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调（diào）用语句，一层宏循环里（lǐ）还可以嵌套多层循环。所以可以应用（yòng）宏程序指令编制出简洁合理的小容量加工程序，扩展数控机床功（gōng）能，提高加工效率，充分发挥数控机床的作用。

 

二、高斯曲线的方程

高斯曲线在直角（jiǎo）坐标系下的方程是

 

，其中x是自变量，y是因变量。但此方程我们还不能（néng）直接应（yīng）用于数（shù）控（kòng）车（chē）床，因（yīn）为在数控车床上，坐标系是这样规

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

 

经变换后高斯曲线在数（shù）控坐标下的（de）方（fāng）程如（rú）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（sān）、数（shù）控车床（chuáng）加工特殊曲线的方（fāng）法

数控车床可通过G01、G02等G代码直接加工直线、圆弧（hú），但并没有专门的G代码来加工椭圆、双（shuāng）曲线和高斯曲线等（děng）特殊曲线。在加工此类曲线时一般采用直线逼近法，即在Z方向上依次递减或递增，以0.05mm～0.5mm为一个步距，每递减或递增一（yī）个步距得（dé）到一个Z值。然后，通过曲线方程（chéng）计算求出（chū）对应的X值，再将刀具直线插（chā）补至计算得出的(X，Z)值（zhí）所确定的点，依次插补便可完成特殊曲线的（de）加工。

 

四、编制加工高斯曲线的宏程序

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

1490873504692141.png1490873504561622.png

 

在高斯曲线数控坐标方程中，我们用#101表示自变量z，用#102表示(z-620)/1339，用#103表（biǎo）示(z+251.5)/351.8，用#104表示(z+740.4)/464.1，用#105表示因变量x，则高斯曲线的方程可（kě）表示为：

 

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

 

编制精加（jiā）工程序如下：

O0001

N10#101=0;(自（zì）变量初值)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;(直线（xiàn）逼近法加工高斯曲线)

N70#101=#101+0.1;(z值（zhí）递（dì）增（zēng）一个步距)

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

N90G00X100.0Z100.0;N100M30;

以上程序为最后一刀的精（jīng）加工（gōng）程序，在实际（jì）加工中要考虑到毛坯的余量，这就需要先（xiān）粗车，再精车。粗车同（tóng）样也是沿（yán）轮廓车（chē）削，可采用G71或者G73指令（lìng）粗车，然后用G70指令精车，编制完整的程序如（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（dì）增一个步距)N140IF[#101LE100.0]GOTO80;

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

 

虽然随着CAD/CAM软件（jiàn）的应（yīng）用，手工编程（chéng）、宏程序应（yīng）用空间（jiān）日趋缩小，但是在某些情况下（xià）PC机也无（wú）能为力，这就要求我们深挖手工编程，发挥数控（kòng）机床潜力。

同时宏（hóng）程序与自动编程比较具有运算速度快、加工效率高、加工精度（dù）高以及短小精悍等优点。