在研究了螺旋錐齒輪齒頂?shù)估獾睦碚摶A(chǔ)上，以 FAGOR CNC 8070-OL 數(shù)控系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)對(duì)象，介紹了螺旋錐齒輪齒頂?shù)估廛浖拈_(kāi)發(fā)流程。軟件的人機(jī)界面設(shè)計(jì)使用 VB.net 跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)，參數(shù)計(jì)算邏輯程序使用 C++語(yǔ)言編寫，軟件所需的各項(xiàng)參數(shù)以 ACCESS 2010 作為數(shù)據(jù)支撐，利用發(fā)格系統(tǒng)自帶的 FGUIM 開(kāi)發(fā)軟件作為第三方軟件與數(shù)控系統(tǒng)的連接，開(kāi)發(fā)了螺旋錐齒輪齒頂?shù)估廛浖?，并嵌?FAGOR 8070-OL 數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)計(jì)算、NC 數(shù)控代碼生成和數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。

　　隨著齒輪加工技術(shù)越來(lái)越趨于高效率化、高精度化，傳統(tǒng)的人工倒棱和人工手動(dòng)輸入數(shù)控加工代碼越來(lái)越難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的要求，自動(dòng)化倒棱技術(shù)也慢慢走進(jìn)了大眾的視野。自動(dòng)化倒棱技術(shù) 只需要操作者簡(jiǎn)單地輸入齒輪的各項(xiàng)參數(shù)(如螺旋角、大端模數(shù)、小齒輪齒數(shù)、大齒輪齒數(shù)、齒寬、齒形角、刀盤名義半徑、刀尖露出長(zhǎng)、刀具夾角、倒棱長(zhǎng)和齒厚調(diào)整系數(shù)等)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出倒棱技術(shù)所需要的其他參數(shù)，進(jìn)而自動(dòng)生成可供機(jī)床倒棱的數(shù)控代碼進(jìn)行自動(dòng)化倒棱。這項(xiàng)技術(shù)不要求操作者必須具有系統(tǒng)的專門知識(shí)，只要簡(jiǎn)單地輸入相應(yīng)的參數(shù)就可以完成編程任務(wù)，不需要進(jìn)行專人技術(shù)培訓(xùn)，從而降低生產(chǎn)成本。

　　在數(shù)控系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)方面，對(duì)于發(fā)格數(shù)控系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)的文獻(xiàn)少之又少。劉晟針對(duì)強(qiáng)力刮齒對(duì)西門子 840D 進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，推廣了刮齒加工;趙世杰基于西門子 840D 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)滿足磨齒加工的需求;國(guó)外的 Lu H X 也在西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的補(bǔ)償控制軟件;薛剛提出一種基于發(fā)那科 C 語(yǔ)言執(zhí)行器的二次開(kāi)發(fā)方法;池文慧使用 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)自帶的FANUC PICTURE 開(kāi)發(fā)軟件對(duì)人機(jī)界面開(kāi)發(fā)，提高了機(jī)床的可操作性;孫科星等人針對(duì)目前數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)與管理環(huán)節(jié)存在的信息交互困難、過(guò)程不透明和運(yùn)行效率低下等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一套基于以太網(wǎng) 的 FANUC 數(shù)控機(jī)床 DNC 系統(tǒng);丁國(guó)龍等人針對(duì)渦輪加工，基于華中 HNC-848 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，為國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)提供了一套實(shí)用的方法;國(guó)外的 Wings E、Toquica J S 等人基 于 LinuxCNC 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，得到了性能更好的數(shù)控系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)不同的加工情況。

　　結(jié)合以上相關(guān)的二次開(kāi)發(fā)研究，以 FAGOR CNC8070-OL 為二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)象，基于 FAGOR 8070-OL 數(shù)控系統(tǒng)提供的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái) FGUIM 軟件，利用 VB.net、C++ 混合編程技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一個(gè)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)，更便捷地定制用戶的特殊需求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倒棱技術(shù)。

　　一、螺旋錐齒輪倒棱軌跡求解

　　齒頂棱線方程求解

　　要進(jìn)行螺旋錐齒輪齒頂?shù)估廛浖拈_(kāi)發(fā)，首先需求解出螺旋錐齒輪倒棱軌跡的參數(shù)化方程，便于編寫代碼程序進(jìn)行軟件二次開(kāi)發(fā)。

　　由文獻(xiàn)可得：

　　螺旋錐齒輪齒厚 se 為：

　　式中：k 為齒厚調(diào)整系數(shù)，根據(jù)《螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)與加工》中的圖 3.12 可得出數(shù)值。

　　再根據(jù)齒厚公式計(jì)算得出：

　　由圖 1 知齒頂棱線方程為(左棱為負(fù)，右棱為正)：

　　刀具軌跡方程求解：

　　基于坐標(biāo)系下，求解 A 點(diǎn)的坐標(biāo)：

　　在局部坐標(biāo) X₁O₁Y₁下 F 點(diǎn)坐標(biāo)：

　　通過(guò)坐標(biāo)變化矩陣求出基于工件坐標(biāo)下 F 點(diǎn)坐標(biāo)：

　　根據(jù)文獻(xiàn)中轉(zhuǎn)角公式求解 B、C 軸轉(zhuǎn)角：

　　F 點(diǎn)坐標(biāo)與 B、C 軸轉(zhuǎn)角的求解為后文螺旋錐齒輪的齒頂?shù)估馓峁┝死碚摶A(chǔ)。

　　二、螺旋錐齒輪自動(dòng)化齒頂?shù)估饧庸ぼ浖_(kāi)發(fā)

　　CNC8070-OL 二次開(kāi)發(fā)基本流程 ：

　　基于 FAGOR 自帶的 FGUIM 軟件開(kāi)發(fā)，首先要單獨(dú)地開(kāi)發(fā)出一款第三方軟件，即螺旋錐齒輪自動(dòng)化齒頂?shù)估饧庸ぼ浖?。首先使?VB.net 設(shè)計(jì)出人機(jī)界面;然后在 VS 2015 的開(kāi)發(fā)環(huán)境下利用 C++ 編寫后臺(tái)程序并且封裝成多個(gè) COM 組件，供 VB.net 直接引用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成 NC 代碼進(jìn)行加工的功能;最后通過(guò) FGUIM 軟件與 CNC8070-OL 數(shù)控系統(tǒng)之間的相互連接，使第三方軟件嵌入數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行。為了將軟件嵌入數(shù)控系統(tǒng)中，需要先復(fù)制軟件的路徑，如：“E:\VS2015\VB\RJJM\RJJM\obj\ Debug\RJJM.exe”(要注意，必須復(fù)制到帶有.exe 的后綴名才能結(jié)束復(fù)制)。雙擊打開(kāi) FGUIM 軟件，在“組成部分”中選擇需要的“自動(dòng)”或者“手動(dòng)” 模式，單擊菜單欄中的“ S” 按鈕，出現(xiàn)一個(gè) VBscrip 腳本，在腳本中需要我們輸入代碼，保證第三方軟件與 CNC8070-OL 的通暢連接，如圖 4。

　　完成連接后，為了能讓第三方軟件更加簡(jiǎn)潔明了地顯示在數(shù)控系統(tǒng)的界面上，需要在 FGUIM 軟件中選中菜單欄中的“ED”按鈕并單擊，出現(xiàn)設(shè)置界面，可以設(shè)置軟件圖標(biāo)所在位置、圖標(biāo)名稱、圖標(biāo)與 CNC8070-OL 連接標(biāo)識(shí)符等等，如圖 5。

　　螺旋錐齒輪自動(dòng)化齒頂?shù)估饧庸ぼ浖藱C(jī)界面開(kāi)發(fā)

　　在 PC 上安裝 VS2015 軟件后，運(yùn)行后進(jìn)入軟件主界面，就可進(jìn)行人機(jī)界面開(kāi)發(fā)。主要開(kāi)發(fā)步驟流程如圖 6 所示。

　　(1)新建一個(gè) Visual Basic 的窗體應(yīng)用，選擇路徑，輸入文件名，創(chuàng)建一個(gè)工程文件。

　　(2)點(diǎn)擊 Form1.vb，跳轉(zhuǎn)到我們要開(kāi)發(fā)的第一個(gè)界面，可以在左側(cè)的工具箱內(nèi)選擇我們需要的控件，只需點(diǎn)擊拖拽到開(kāi)發(fā)界面，可隨意改變大小。當(dāng)想要增加新的開(kāi)發(fā)界面時(shí)，右鍵單擊解決方案資源管理器中的之前設(shè)置好名稱的文件 RJJM，添加一個(gè)新的 Windows 窗體，選擇路徑，輸入窗體名稱。如若要?jiǎng)?chuàng)建更多的開(kāi)發(fā)界面，按照此方法即可。

　　(3)軟件的開(kāi)發(fā)除了界面的開(kāi)發(fā)之外，還需要擁有自動(dòng)化倒棱的功能，那就需要調(diào)用 C++編寫的后臺(tái)邏輯程序封裝成的多個(gè) COM 組件。左鍵雙擊解決方案資源管理器中的“My Project”→“引用”→“COM 類型庫(kù)”→找到所需要的 COM 組件→“確定”。引用結(jié)束后，還需要再編程 VB 代碼，使得 COM 組件的功能可以被 VB.net 所使用。

　　(4)成功安裝了 CNCFAGOR.exe 模擬軟件后，按照上述方法連接 API8070.SERVER 庫(kù)接口，實(shí)現(xiàn)與數(shù)控內(nèi)核進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)交換。在 VB 代碼中執(zhí)行組件形式如下：

　　(相當(dāng)于創(chuàng)建了連接 variables 這個(gè)服務(wù)器的對(duì)象)

　　(5)最后保存為.exe 后綴的文件。

　　螺旋錐齒輪自動(dòng)化齒頂?shù)估饧庸ぼ浖饕δ苣K

　　根據(jù)數(shù)齒頂?shù)估獾募庸ひ?，可知軟件可以分成以下模塊：齒輪參數(shù)、工藝參數(shù)、參數(shù)計(jì)算、生成程序、程序管理、報(bào)警和狀態(tài) 7 個(gè)模塊，如圖 7~8。

　　進(jìn)入軟件主界面后，我們首先要“新建”，避免新輸入的參數(shù)覆蓋原來(lái)的參數(shù)，保證每一次的參數(shù)數(shù)據(jù)都能完全保存在程序管理模塊里，供后期查看調(diào)用。

　　根據(jù) CNC8070-OL 數(shù)控系統(tǒng)向用戶提供的開(kāi)發(fā)的接口可知，螺旋錐齒輪齒頂?shù)估廛浖捎?Micrsoft Access 2010 數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)支撐，能更好地與數(shù)控系統(tǒng)信息交流與傳遞。

　　自動(dòng)生成數(shù)控加工程序代碼實(shí)現(xiàn)

　　自動(dòng)生成數(shù)控加工程序代碼是螺旋錐齒輪自動(dòng)化齒頂?shù)估饧庸ぼ浖钪饕墓δ苣K，是整個(gè)軟件的重中之重。在上文 2.2 中(3)中提及的“C++ 編寫的后臺(tái)邏輯程序封裝成的多個(gè) COM 組件”就是實(shí)現(xiàn)此功能的方法。在 C++的開(kāi)發(fā)環(huán)境下 COM 組件開(kāi)發(fā)過(guò)程如下：

　　(1)打擊打開(kāi) VS2010，在 Visual C++中新建一個(gè)“ATL”項(xiàng)目，選擇路徑，輸入文件名 GEAR1。

　　(2)ATL 項(xiàng)目支持選項(xiàng)中勾選“支持 COM+ 1.0(T)”“支持組件注冊(cè)(U)”，其他默認(rèn)選項(xiàng)，點(diǎn)擊“確定”。

　　(3)切換到“解決方案資源管理器”的“類視圖”，右鍵單擊“ GEAR1” 添加類，選中 “ATL 簡(jiǎn)單對(duì)象”，“簡(jiǎn)稱(S)”中輸入類名稱 GEAR1Class，點(diǎn)擊“完成”。

　　(4)切換到“類視圖”，找到剛剛添加的接口 IGEAR1Class，右鍵單擊“添加方法”，在“方法名(M)”下創(chuàng)建方法 Postprocessing，“參數(shù)類型(P)”和“參數(shù)名(N)”根據(jù)螺旋錐齒輪齒頂?shù)估馇蠼庵械膮?shù)信息來(lái)命名，輸入?yún)?shù)選擇 “in”，輸入列表中添加參數(shù)：螺旋角、大端模數(shù)、小齒輪齒數(shù)、大齒輪齒數(shù)、齒寬、齒形角、刀盤名義半徑、刀尖露出長(zhǎng)、刀具夾角、倒棱長(zhǎng)和齒厚調(diào)整系數(shù);輸出參數(shù)選擇“out”，輸出列表中添加參數(shù)：刀尖點(diǎn) 、刀尖點(diǎn) 、刀尖點(diǎn) 、軸轉(zhuǎn)角和C 軸轉(zhuǎn)角。

　　(5)返回桌面，點(diǎn)擊電腦左下角的“開(kāi)始”，搜索“命令提示符”，右鍵單擊“管理員運(yùn)行”，編輯代碼，按下“Enter”。代碼如下：

　　“E:\VS2015\VB\GEAR1\Debug\GEAR1.dll”(regsvr32+.dll 文件所在的保存路徑)

　　(6)注冊(cè)成功運(yùn)行并生成 dll 文件，可供 2.2 中(3)中 VB.net 引用。

　　自動(dòng)生成數(shù)控加工程序代碼這個(gè)模塊，主要通過(guò)設(shè)定齒輪參數(shù)、刀具參數(shù)、工藝參數(shù)，后臺(tái)自動(dòng)生成數(shù)控加工代碼，實(shí)現(xiàn)螺旋錐齒輪齒頂?shù)估鈪?shù)化編程，如圖 9。

　　每次輸入的參數(shù)和生成的數(shù)控加工程序會(huì)保存在 Micrsoft Access 2010 數(shù)據(jù)庫(kù)中并標(biāo)注時(shí)間、序號(hào)，方便查找調(diào)用。

　　模擬仿真

　　將螺旋錐齒輪齒頂?shù)估廛浖傻淖罄狻⒂依獬绦驅(qū)?VERICUT 仿真軟件中，設(shè)置好機(jī)床、毛坯、刀具后進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖 10。由圖 10 可知，倒棱表面光滑均勻，且兩端倒棱的大小有較好的一致性。

　　在理論計(jì)算出的倒棱線和實(shí)際仿真倒棱線上分別均勻取 20 個(gè)點(diǎn)，導(dǎo)入 Origin 中繪制折線圖，如上圖 11。圖中顯示刀具切削過(guò)后的長(zhǎng)度誤差不超過(guò) 0.045 mm，符合倒棱誤差要求。

　　三、結(jié)語(yǔ)

　　(1)介紹了螺旋錐齒輪齒頂棱線方程和刀具軌跡方程的求解，為二次開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

　　(2)介紹了基于 FAGOR 系統(tǒng)自帶的 FGUIM 軟件，采用 C++、VB.net 的混合編程，對(duì) FAGOR CNC8070-OL 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的具體流程步驟。在 FAGOR CNC8070-OL 數(shù)控系統(tǒng)中嵌入螺旋錐齒輪齒頂?shù)估廛浖沟貌僮鞲雍?jiǎn)便，效率更加高效，降低操作難度，對(duì)于推廣螺旋錐齒輪倒棱加工具有積極意義，為進(jìn)一步研究螺旋錐齒輪齒頂?shù)估馓峁┝藯l件。