​CNC數控車床高斯曲線加工

　　

CNC車床高（gāo）斯曲線加工

隨著新產品研製的發展，許多新產品的形狀采用了特殊曲（qǔ）線，如橢圓（yuán）、雙曲線和高斯曲線等，而（ér）如何加工這些（xiē）特殊曲線就成了機加人員的新課題（tí）。

 

從多年的實踐來看，采用宏程序編程，然後在（zài）數（shù）控車床上車削是較（jiào）為簡單、經濟（jì）和方便的一種方法。

 

但是（shì）這種方法對於編（biān）程者要（yào）求較高，這是因（yīn）為宏程序的編製要求程序員不（bú）僅具有豐富的數學知識，還要熟悉數控車床的編程指令（lìng），對於宏程序更應是了（le）如指掌。

 

宏（hóng）程序分為A類和（hé）B類兩（liǎng）種（zhǒng）：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（yǔ）句和數學公式進行編製，易為大家接（jiē）受，FANUC0i型數控係統的宏程序就是B類。

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一（yī）、FANUC0i型數控係統宏程序

在（zài）FANUC0i型（xíng）數控係統中變量分為4種類型，即空變量、局部變量（liàng）、公（gōng）共變量和（hé）係統變量。空變量的變量號為#0，該變量總為空，沒（méi）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（dāng）斷電（diàn）時局部變量初始化為空，調（diào）用宏程序時，給局部變量賦值。公（gōng）共變量（liàng）的（de）變量號為（wéi）#100～#199、#500～#999，公共變量在不同的宏程序（xù）中（zhōng）的意義（yì）相同。當（dāng）斷電時，變量（liàng）#100～#199初始化為空，變量#500～#999中的數據保存，即使（shǐ）斷電也（yě）不丟失（shī）。係統變量的變量號為（wéi）#1000～，係統變量用於讀和（hé）寫CNC的各（gè）種數據，例如刀具的當前位置和刀具補償（cháng）值等。我們在編寫宏程序時可以引用局部變量和公共變（biàn）量，在引用變量，特（tè）別是公共變量時，為消除變量內原有數（shù）據的影響，一定（dìng）要給變（biàn）量重新賦值後再引用。

 

宏程序是用戶實現機床功能擴展（zhǎn）的一種（zhǒng）方法（fǎ）。在宏（hóng）程序中可以使用變量，給變量賦值，變量間可進行運算和程序跳轉。此外，宏程序還提供了循環語（yǔ）句、分支語句和子程序調用（yòng）語句，一層（céng）宏循環裏還可以嵌套（tào）多層循環。所以可以應用宏程序指令編製出簡潔合理的小（xiǎo）容量加工（gōng）程序，擴展數控機床功能，提高加工效率（lǜ），充分（fèn）發（fā）揮數控機床（chuáng）的作用。

 

二、高斯曲線的方程（chéng）

高斯曲（qǔ）線在直角坐標係下的方程是

 

，其中x是自變量，y是因變量。但此方程我們還不能直接應用（yòng）於數控車（chē）床（chuáng），因為在數控車（chē）床（chuáng）上，坐標係（xì）是這（zhè）樣規

定的（de）：Z軸與主軸軸線平行，正方向是遠（yuǎn）離工件方向，X軸（zhóu）與主（zhǔ）軸軸線垂（chuí）直，正方向（xiàng）是（shì）遠離主（zhǔ）軸軸線方向。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，同時數控車床不能識別指數函數和平方等數學符號（hào），這就需要用宏程序中（zhōng）的算術和邏輯運算符號替（tì）換其中的數學符號，變成（chéng）數控車床可識（shí）別的公式。

 

經（jīng）變換後高斯（sī）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（jiā）工特殊曲線的方法

數控車床可（kě）通（tōng）過G01、G02等G代碼直接加（jiā）工直線、圓弧，但並沒有專（zhuān）門的G代碼來加（jiā）工橢（tuǒ）圓、雙（shuāng）曲線和高斯曲線等特殊曲線。在加工此類曲線（xiàn）時一般采用直線逼近法，即在Z方向（xiàng）上依次遞減或遞（dì）增，以（yǐ）0.05mm～0.5mm為一個步距，每遞（dì）減或（huò）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（dāo）具直線（xiàn）插補至計算得出（chū）的（de）(X，Z)值所確定的點，依次插（chā）補便可完成特殊曲線的加工。

 

四、編製加工高斯曲線的宏程序

現以一（yī）個簡單（dān）的零件為例，說明高（gāo）斯曲線的（de）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的高斯曲線（xiàn）外輪廓（kuò）。圖1是直角坐標係下的（de）零件圖樣，圖2是數控坐標（biāo）下的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

 

在高斯曲線數控（kòng）坐標方程中，我們（men）用#101表示（shì）自變（biàn）量z，用（yòng）#102表（biǎo）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（yīn）變量x，則高斯曲線的方程可表示為（wéi）：

 

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

 

編製精加工程序（xù）如下：

O0001

N10#101=0;(自變量初值)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（xiàn）逼近法加工高斯曲線)

N70#101=#101+0.1;(z值遞增一個（gè）步距（jù）)

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餘量，這就需要先粗車，再精車。粗（cū）車同樣也是沿輪廓車削，可采用G71或（huò）者G73指令（lìng）粗車，然後用G70指令精車，編製完整的程序如（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（bī）近法加工高斯曲線)

N130#101=#101+0.1;(z值遞增一個步距（jù）)N140IF[#101LE100.0]GOTO80;

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

 

雖（suī）然隨著CAD/CAM軟件的應用，手工編程、宏程序應用空間日趨縮小（xiǎo），但是在某些情況下PC機也無能為力，這就要求我們深（shēn）挖手工編程，發揮（huī）數控機（jī）床潛力（lì）。

同時宏程序與自動編程比較具有運算速度快、加工效率高、加工精度高以及短小（xiǎo）精悍等（děng）優點。