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(遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧 丹東 118000)

基于Excel實(shí)現(xiàn)圓柱凸輪的數(shù)控編程與加工

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(遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧 丹東 118000)

采用Excel軟件的計(jì)算功能對(duì)圓柱凸輪的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為文本格式后根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控程序編制。再通過(guò)傳輸設(shè)備將數(shù)控程序輸入數(shù)控系統(tǒng)中，即可進(jìn)行圓柱凸輪的數(shù)控加工。不需編程人員學(xué)習(xí)復(fù)雜的宏程序，更不需要購(gòu)買(mǎi)價(jià)格昂貴的CAD/CAM軟件。為中小企業(yè)加工此類(lèi)零件提供了有效的方法，此方法值得在中小企業(yè)進(jìn)行推廣。

Excel軟件；圓柱凸輪；數(shù)值計(jì)算；數(shù)控加工

圓柱凸輪是一個(gè)在圓柱面上開(kāi)有曲線(xiàn)凹槽或在圓柱端面上作出曲線(xiàn)輪廓的構(gòu)件，它可以看做是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體演化而成的。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)有體積小、剛性好、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械中具有廣泛的應(yīng)用[1]。它在實(shí)現(xiàn)較大運(yùn)動(dòng)升程與間隙分度運(yùn)動(dòng)方面有較多的應(yīng)用。目前，加工圓柱凸輪的較理想的方法是采用四軸數(shù)控銑床進(jìn)行加工[2,3]。本文闡述了借助Excel軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)圓柱凸輪數(shù)控銑削加工的編程方法，為企業(yè)提供簡(jiǎn)便的編程方法提供參考。

1 圓柱凸輪加工原理

圓柱凸輪采用數(shù)控加工時(shí)采用范成法[4]，安裝時(shí)，應(yīng)使凸輪的軸線(xiàn)平行于機(jī)床的X軸 ,由繞X軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)上的卡爪與頂尖來(lái)夾緊工件；加工時(shí)，圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)，根據(jù)凸輪的輪廓形狀 ,銑刀作X軸軸運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡為空間曲線(xiàn)；設(shè)計(jì)時(shí)，圓柱凸輪輪廓曲線(xiàn)通常用其圓柱面展開(kāi)圖表示，凸輪曲線(xiàn)展開(kāi)后，橫坐標(biāo)為展開(kāi)圖圓周方向位移，縱坐標(biāo)為銑刀沿機(jī)床X軸、Y軸或Z軸的位移，在圖上表示為分段圓弧、直線(xiàn)、公式曲線(xiàn)和列表曲線(xiàn)等。如圖1所示，粗加工時(shí)使用小于從動(dòng)件滾子直徑的銑刀，精加工時(shí)使用與滾子相同直徑的銑刀進(jìn)行銑削。

2 編程方法

圓柱凸輪在數(shù)控加工中通常需要四軸數(shù)控機(jī)床才能進(jìn)行，同時(shí)需要相應(yīng)的數(shù)控程序。圓柱凸輪數(shù)控程序編制可以使用自動(dòng)編程和手動(dòng)編程中的宏編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。但自動(dòng)編程需要借助CAD/CAM軟件才能進(jìn)行[5]，此類(lèi)軟件價(jià)格昂貴，在大部分的中小型企業(yè)中并不具備此類(lèi)軟件；而手動(dòng)編程中的宏程序需要編程人員掌握設(shè)備的宏程序編制方法，此種編程相對(duì)復(fù)雜，并沒(méi)有很好的在廣大編程人員中普及[6,7]。這就需要一種既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此類(lèi)零件的程序編制。

編制數(shù)控程序時(shí)需根據(jù)零件的幾何形狀進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，因數(shù)控設(shè)備只具備直線(xiàn)插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能，這就需要用多個(gè)直線(xiàn)段來(lái)近似擬合凸輪槽的曲線(xiàn)。直線(xiàn)段的數(shù)量決定了凸輪加工時(shí)的擬合精度。而擬合線(xiàn)段的交點(diǎn)或切點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。而圓柱凸輪編程時(shí)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算難度和工作量較大，這就需要一種簡(jiǎn)單快捷的方法來(lái)求出節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并能將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)直接編寫(xiě)到數(shù)控程序中。

Excel軟件是微軟公司辦公軟件Microsoft office的組件之一，具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，并可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為文本格式，這就為我們對(duì)圓柱凸輪的數(shù)控編程提供了便利條件。

3 編程示例

現(xiàn)以加工圖2所示凸輪為例，在加工該凸輪時(shí)將加工坐標(biāo)系建立在圖示位置。根據(jù)幾何關(guān)系得到各段曲線(xiàn)中X坐標(biāo)與A坐標(biāo)(旋轉(zhuǎn)坐標(biāo))之間的關(guān)系，見(jiàn)表1。對(duì)此凸輪各段分別計(jì)算，最后確定加工所需的各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。再將各點(diǎn)坐標(biāo)編入數(shù)控程序即可。

表1 X坐標(biāo)與A坐標(biāo)關(guān)系

序號(hào)A坐標(biāo)變化范圍X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)方程10～600260～67.933815-225-(0.872·A-52.333)2367.9338～169.557350120·(A-60)4169.5573～194.083730+400-(0.872·A-157)25194.0837～256.604450120·(180-A)+506256.6044～29720-400-(0.872·A-235.5)27297～3600

現(xiàn)以第2段曲線(xiàn)為例以Excel為工具計(jì)算各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并將各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為數(shù)控程序。打開(kāi)Excel表格，將A列錄入字母“A”，B列設(shè)為A坐標(biāo)數(shù)據(jù)，變化規(guī)律為每次增大0.2度，變化范圍自60度至67.933 8度。將C列錄入字母“X”，D列設(shè)為X坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如圖3所示，利用Excel強(qiáng)大的計(jì)算功能，在D列單元格的編輯欄中錄入函數(shù)公式“=15-SQRT(225-(0.872*B1-52.333)2)”即可得到X隨A軸變化坐標(biāo)。

將得到的數(shù)據(jù)輸出為文本格式(.txt)，如圖4所示。然后在這個(gè)生成文本格式文件中消去空格，并在最前端加入機(jī)床刀具選擇、坐標(biāo)系選擇、主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度等基本指令即生成此段數(shù)控程序如下：

O0001；

T01 M06；

G90 G54；

M03 S1000；

G43 Z100 H01;

G00 X0 Y0 Z55;

G01 Z35 F150；

A60 X0；(完成0～60°槽的加工)

A60.2 X0.001；

A60.4 X0.04；

……(完成60°至67.933 8°之間槽的加工)

……(按相同方法生成的其余部分程序)

M30；

再通過(guò)計(jì)算機(jī)通訊串口，使用數(shù)控機(jī)床專(zhuān)用數(shù)據(jù)傳輸軟件把編寫(xiě)好的數(shù)控加工程序傳入數(shù)控機(jī)床中，即可進(jìn)行零件加工。

4 結(jié)論

利用Excel軟件的強(qiáng)大計(jì)算功能進(jìn)行數(shù)控加工中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算，簡(jiǎn)單方便，而且效率高，生成的數(shù)據(jù)可直接轉(zhuǎn)換為文本格式方便數(shù)控編程。利用Excel軟件計(jì)算圓柱凸輪的數(shù)控程序不需編程人員學(xué)習(xí)復(fù)雜的宏程序，更不需要購(gòu)買(mǎi)價(jià)格昂貴的CAD/CAM軟件，為中小企業(yè)加工此類(lèi)零件提供了有效的方法，值得在中小企業(yè)進(jìn)行推廣。

[1] 華大年.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1997.

[2] 何玉山.數(shù)控宏程序在銑削凹槽中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化技術(shù)，2013(5)：104-107.

[3] 鄭小光，尹佑盛，梁錫昌.凸輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與數(shù)控加工[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，1999(6)：7-8.

[4] 劉德福，潘晉平，周賢良.圓柱凸輪數(shù)控加工的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J].機(jī)械傳動(dòng),2003(3)：53-56.

[5] 俞揚(yáng)信，王崇輝.文本文件和EXCEL與數(shù)據(jù)庫(kù)交換數(shù)據(jù)[J]. 淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào),2001(3)： 51-53.

[6] 鄭鶴松.數(shù)控宏程序與軟件自動(dòng)編程的對(duì)比分析[J], 職業(yè),2008(8)：27-28.

[7] 趙岐?jiǎng)?，于世?基于宏程序的圓柱凸輪數(shù)控加工[J],煤礦機(jī)械，2011(2)：117-118.

CNCMachiningofCylindricalCamBasedonExcelSoftware

ZHAO Qi-gang

(Liaoning Mechatronics College, Dandong118000， Liaoning, China)

Node coordinates of cylindrical cam was calculated by Excel software, and the NC program was edited based on CNC programming system after the result was converted to text format. The NC program would be entered into the CNC system by transmission equipment, and the cylindrical cam can be machined by CNC machine tools. The programmers do not need to learn complex macro, nor need to buy expensive CAD/CAM software. An effective method of machining such parts was provided for SME. This method was valuable to spread in SMEs.

Excel software; cylindrical cam; data calculation; NC machining

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目(刀庫(kù)凸輪反求設(shè)計(jì)與四軸程序編制)：2013007

2017-04-06

趙岐?jiǎng)?1978-)，男，遼寧丹東人，碩士，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造，E-mail：zhao_qigang@163.com。

TG659

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1008-9446(2017)06-0044-03