經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床功能擴(kuò)展與 Excel 的結(jié)合
2018-1-3 來源： 中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所 作者：管允劼 王俊峰 李 凱
摘 要: 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床在機(jī)加行業(yè)中因其良好的經(jīng)濟(jì)性得到了廣泛應(yīng)用，但因經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床只有 X、Z軸，往往只能加工繞軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)體工件。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床擁有脈沖編碼器，用于螺紋加工時(shí)記憶位置，避免螺紋亂扣。通過對(duì)機(jī)床進(jìn)行深入的研究后，發(fā)現(xiàn)可以利用脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)假 C 軸的功能，利用 Excel 實(shí)現(xiàn)了其宏程序模塊化編程等功能。
關(guān)鍵詞: 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床; 宏程序; Excel
現(xiàn)代制造業(yè)中，數(shù)控設(shè)備已經(jīng)是不可或缺的，地位舉足輕重。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，機(jī)械制造業(yè)水平提升，加速推進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大，并不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需求。
通常，規(guī)模較小的機(jī)械加工廠會(huì)考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，所擁有的設(shè)備與設(shè)備的功能都會(huì)比較簡(jiǎn)單，在應(yīng)對(duì)特殊工件時(shí)，工件的加工中可能往往會(huì)運(yùn)用到宏程序。然而，因?yàn)楹瓿绦蚓幹菩枰獜?qiáng)大的邏輯思維，因此，許多復(fù)雜宏程序擁有商業(yè)保密性。
1 、螺旋偏心圓的加工
研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車的功能之前，許多外形復(fù)雜的工件需要專業(yè)設(shè)備才可以加工成型，對(duì)于一個(gè)中小型企業(yè)來講，專業(yè)設(shè)備的購(gòu)買需要大量的資金。
例如二次包絡(luò)蝸桿、曲軸、螺旋偏心圓等。
于是，對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床進(jìn)行了功能與程序的拓展編制，使其能夠滿足加工要求，節(jié)省設(shè)備成本。如圖 1、圖 2 所示的螺旋偏心圓實(shí)體工件，工件為偏心 0． 5 mm
的 10 mm 圓，中心點(diǎn)沿 1 mm 變螺距螺紋掃掠生成。
因螺距較小，螺距變化，加工時(shí)銑刀干涉等原因?qū)е露噍S數(shù)控機(jī)床也難加工，因此采取徑向車削策略。徑向車削策略宏程序的編制思路如下:如圖 3，虛線圓為不偏心情況下
10 mm 的圓，實(shí)線圓為偏心 0． 5 mm 后的圓，根據(jù)不同工件加工要求可知偏心圓半徑、偏心距，通過賦值角度的變化來表達(dá)出偏心圓每一個(gè)賦值角度對(duì)應(yīng)的點(diǎn)相對(duì)機(jī)床圓心所形成的半徑值。
此值，也就是我們所需要的編程 X 值，可以通過勾股定理得出賦值角度所在的直角三角形的兩條直角邊長(zhǎng)，然后用已得出的底直角邊加偏心距長(zhǎng)度與得出側(cè)直角邊構(gòu)成直接三角形算出編程時(shí)半徑值，據(jù)此編制的宏程序如下所示。
通常宏程序的運(yùn)用對(duì)編程者與設(shè)備具有較高的要求，許多宏程序因?yàn)樗悸返莫?dú)特性具有商業(yè)價(jià)值，傳統(tǒng)方式編寫宏程序有諸多弊端，針對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)與應(yīng)用。
2 、Excel 與宏程序融合編程
2． 1 Excel
生成程序?qū)肱c宏程序手工輸入的對(duì)比優(yōu)點(diǎn): ①利用 Excel 生成程序?qū)雽?duì)機(jī)床要求低，可以應(yīng)用于無宏程序功能的設(shè)備; ②運(yùn)算量小，不必?fù)?dān)心因宏程序所給步距小，計(jì)算速度慢而導(dǎo)致走刀路徑的錯(cuò)誤; ③對(duì)宏程序的保密性好，不必?fù)?dān)心因程序泄露而造成對(duì)邏輯思維的抄襲; ④對(duì)于不會(huì)編寫宏程序的操作工人實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，使其可以應(yīng)用于生產(chǎn)，模塊化編程，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”操作; ⑤生成程序不受宏程序嵌套層數(shù)限制。環(huán)境需求: ①需要計(jì)算機(jī); ②程序段較長(zhǎng)，內(nèi)存占有量較大。
2． 2 利用 Excel
實(shí)現(xiàn)程序編制的思路與方法( 以端面車削多邊形為例)
當(dāng)制作 Excel 時(shí)，首先需要寫出參數(shù)化宏程序，需要參數(shù)化的賦值標(biāo)記出來，這些賦值寫入 Excel 中，當(dāng)需要運(yùn)用賦值運(yùn)算出最終坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)，需要加 MYM 符號(hào)來固定行與列。把需要賦值的參數(shù)寫入后，則開始寫入運(yùn)算。當(dāng)步距或多邊形邊數(shù)改變時(shí)程序段的長(zhǎng)短也會(huì)改變，巧妙運(yùn)用表格中的 IF 進(jìn)行計(jì)算或不寫入。
最后可以通過 Excel 中設(shè)置單元格格式中的保護(hù)與審閱菜單下的保護(hù)工作表的功能進(jìn)行程序加密，使用者只能賦值與復(fù)制導(dǎo)出所需要的機(jī)床加工程序，無法進(jìn)行母程序的抄襲與對(duì)內(nèi)容的修改。制作生成的 Excel 文件如圖 4 所示。
3 、結(jié)語
本文通過對(duì)螺旋偏心圓程序的編制闡述了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床利用脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)假 C 軸的功能，拓展了編程思路與宏程序嵌套的技巧。通過列舉多邊形切削參數(shù)化程序，進(jìn)一步地驗(yàn)證了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床假 C 軸的可行性。也描述了采用 Excel 作為輔助編程的思路，對(duì)簡(jiǎn)單、復(fù)雜宏程序都可以進(jìn)行參數(shù)化并加密，對(duì)機(jī)械加工行業(yè)有著深遠(yuǎn)意義。
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