CNC車（chē）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（yòng）了（le）特殊曲線，如橢圓、雙曲線（xiàn）和高斯（sī）曲線等，而如何加工這些特殊曲線就成了機加人員的新課題。

從多年的實（shí）踐（jiàn）來看，采用宏程序編程，然後在數控車床上車削是較為簡（jiǎn）單、經濟和方便的一種（zhǒng）方法。

但是這種方法對於編程者要求較高，這是因為宏（hóng）程序（xù）的編製（zhì）要求程序員不僅具有豐富的（de）數學知識，還要熟（shú）悉（xī）數控車床的編程指令，對於宏（hóng）程（chéng）序更應是（shì）了（le）如（rú）指掌。

宏程序分為（wéi）A類和B類兩種：A類宏程序通常（cháng）采用H代碼編製，B類宏程序通（tōng）常用賦值語（yǔ）句（jù）和數（shù）學公式進行編製，易為大家接受，FANUC0i型數控係統的宏程序就（jiù）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（liàng）分為4種類型，即空變（biàn）量、局部變量、公共變量和係統變（biàn）量（liàng）。空變量的變量號為#0，該變量總為空，沒有（yǒu）值能（néng）賦給該（gāi）變量;局部變量的變量號為#1～#33，該類變量隻能用於在宏程序中存儲（chǔ）數（shù）據，當（dāng）斷（duàn）電（diàn）時局部變量初始化為空，調用宏程序時，給局部變量賦值。公共變量的變量號為#100～#199、#500～#999，公共變量（liàng）在不同的宏程序中的意義相同。當斷電時，變量#100～#199初始化為空，變量#500～#999中的數（shù）據保存，即使斷電也不（bú）丟失。係統變量的變量號為#1000～，係統變量用於讀（dú）和寫CNC的各種數據，例如刀具的當前位置（zhì）和刀（dāo）具補償值等。我們在編寫宏（hóng）程序時可以引用局（jú）部變量和公共變量（liàng），在引用變量，特別是公共變量時，為消除變量內原有數據的影響，一定要（yào）給變量重新賦值後再引（yǐn）用。

宏程序是用戶實現機床功（gōng）能（néng）擴展（zhǎn）的一種方法（fǎ）。在宏程序中可以使（shǐ）用變量，給（gěi）變量賦值，變量（liàng）間可進行（háng）運算和（hé）程序跳轉。此外，宏程序還提供了循環語句、分支語句和子程序調用語句（jù），一層（céng）宏（hóng）循環裏還可以嵌套多層循環（huán）。所以可以應用宏程序指令編製出簡潔（jié）合理的（de）小容量（liàng）加（jiā）工程序，擴展數控機床功能，提高加工效率，充分發揮數控機床的作用。

二、高斯曲線的方程

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。但此方程我們還不能直接應用於數控車床，因為在數控車床上，坐標係是這（zhè）樣（yàng）規

定的：Z軸與主軸軸線平行，正方向是遠離工（gōng）件方向（xiàng），X軸與主軸軸線垂直，正方向是遠離主軸軸線方向。因此我們需要（yào）把直角坐標係的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，這就（jiù）需要用宏程序中的（de）算術和邏輯運（yùn）算符號替（tì）換其中的數學符號（hào），變成數控車床可識別的公式。

經變換後高（gāo）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（fāng）法

數控車（chē）床（chuáng）可通（tōng）過（guò）G01、G02等G代（dài）碼直接加工直（zhí）線、圓弧，但並沒有專門的G代碼來加工橢圓、雙曲線和高斯曲線等特殊曲線。在加工此類曲線時一般（bān）采用直線逼近（jìn）法，即在Z方向上依次遞減或遞增，以0.05mm～0.5mm為（wéi）一個步距，每遞減（jiǎn）或遞增一個步距得到一個Z值。然後，通過曲（qǔ）線方程計算求出對應的X值，再將刀具直線插補至計算得出的(X，Z)值（zhí）所確定的點，依次插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

現以一個簡單的（de）零（líng）件（jiàn）為例，說明高斯曲線的宏（hóng）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。圖1是直角坐標係（xì）下的零件圖樣，圖2是數控坐標下（xià）的零件圖樣。

1490873504692141.png1490873504561622.png

在高斯曲線數控（kòng）坐標方程中，我（wǒ）們用#101表示自變量z，用（yòng）#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表示因（yīn）變（biàn）量x，則高斯曲線的方程可表示為：

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

編製精加工（gōng）程序如下：

O0001

N10#101=0;(自變量初值（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;(直線逼（bī）近法加工高斯曲線)

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（xù）為最後一刀的精加工程序，在實際加工中要考慮到毛坯（pī）的餘量，這就需要先粗車，再（zài）精車（chē）。粗車同樣也是沿輪廓車削，可采用G71或（huò）者G73指令粗（cū）車，然後用G70指令精車（chē），編製完整的（de）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（sī）曲（qǔ）線)

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

N150G01X265.0;N160G70P70Q150;

N170G00X100.0Z100.0;N180M30;

雖然隨著CAD/CAM軟件的應用，手工編程、宏程序應用空間日趨縮小，但（dàn）是在某些情況下PC機也無能為力，這就要求我們深挖手工（gōng）編程，發揮數控機床潛力。

同時（shí）宏（hóng）程序（xù）與自動編程比較（jiào）具有運算速度快（kuài）、加工效率高、加工精度高以及短小精悍等優點。