基于智能手機的數控加工磨損量計算軟件的開發

諶鵬

（南京信息職業技術學院，江蘇南京 210046）

0 引言

隨著數控機床在機械加工行業中的廣泛應用，數控編程技術與機床操作已越來越受到重視，特別是如何將計算機輔助設計及制造（CAD/CAM）軟件與數控加工操作有機結合已成為工程技術人員研究的重點。對于現有的CAD/CAM軟件，為方便尺寸計算在零件設計過程一般按照圖樣中的理論尺寸進行而不考慮尺寸的公差，因此在CAM設計過程中所生成的NC程序只能通過刀具補償指令配合機床數控系統中磨損量參數的設置來實現對零件尺寸公差的控制［1］。磨損量主要根據零件粗、精加工工藝要求結合零件的尺寸公差與數控加工中的測量尺寸通過計算來完成，其計算過程可以依照公式使用普通計算器或使用專業計算軟件實現。隨著手機應用的普及，特別是智能手機其依靠強大操作系統的支持，可以想象如果能夠在手機上完成磨損量的計算，尤其是在沒有PC機的數控加工車間，那么這將會給數控機床操作人員帶來極大的便利。

本文以基于Windows Mobile操作系統的智能手機為研究對象，介紹了軟件的開發環境，討論了軟件的設計方法和操作流程。

1 軟件的開發環境

1.1 開發軟件

該磨損量計算軟件使用了微軟公司的Visual Studio 2008完成設計，由于智能手機上的應用程序并不能直接在PC機上運行，而必須依靠Visual Studio附帶的智能設備模擬器來完成，因此早期版本的編程軟件如Visual C++6.0并不能完成智能設備程序的設計［2］。同時當今市場上的Windows Mobile智能手機一般已普遍使用6.1版本的操作系統，為了支持該操作系統，同時方便程序的設計和調試，故推薦使用 Visual Studio 2008完成軟件的設計。

1.2 Windows Mobile 6 SDK 的安裝

由于Visual Studio 2008默認支持Windows Mobile 5.0操作系統下應用程序的開發，因此開發支持6.1版本操作系統的應用程序還必須獨立安裝Windows Mobile 6 SDK（software development kit），該程序可以直接從微軟公司的網站下載。同時為了支持應用程序中數據的輸入和命令按鈕的操作，應采用具有觸摸屏功能的智能手機，因此該SDK程序必須選擇Professional版本，而非Standard版本（支持非觸摸屏設備）。

1.3 Windows Mobile 6 Images的安裝

在完成智能設備程序的設計之后，可以在PC機上先對程序進行仿真調試，以發現存在的問題，此時必須通過智能設備的模擬器程序來完成，該模擬器程序稱為Images。由于Visual Studio 2008自帶支持Windows Mobile 5.0操作系統的模擬器，因此為實現對6.1版本操作系統的模擬還必須獨立安裝Windows Mobile 6 Images，且必須選擇支持中文簡體（CHS）的Professional版本。

2 軟件的設計方法

該磨損量計算軟件采用VISUAL BASIC語言編寫，智能設備所采用的分辨率選擇為240×320，編程中使用的主要控件為:Label，TextBox，Button，CheckBox 和 RadioButton［3］。Label控件的功能為顯示磨損量計算所需各參數的說明文本;TextBox控件的功能為提供各參數的手寫或軟鍵盤輸入和輸出顯示;Button控件的功能為實現各參數的觸摸遞增或遞減;CheckBox控件的功能為提供外形特殊測量方式的復選;RadioButton控件的功能為提供外形或深度磨損量計算的選擇。下面對該軟件各功能的關鍵設計方法做出介紹，其在模擬器下的運行界面如圖1所示。

圖1 磨損量計算軟件運行界面

2.1 各參數的輸入實現

由于智能設備的顯示屏幕大小有限，一般不具有鼠標和鍵盤功能，因此其屏幕的操作與PC機不同，數據的輸入可采用觸摸按鈕、手寫識別或軟鍵盤完成。為了方便用戶的操作，軟件中除“測量尺寸”參數采用操作系統自帶的輸入法輸入以外其他參數均采用了觸摸按鈕來完成參數的遞增和遞減操作，方法操作簡便，可避免輸入法的頻繁切換和非法數據或字符的輸入。

觸摸按鈕的設計充分考慮了用戶使用的方便，當用戶點擊觸摸按鈕時對應參數可實現最小單位的單次遞增或遞減，而當用戶長按按鈕超過半秒鐘后對應參數則實現自動連續遞增或遞減。以上功能需通過設計一個延時函數來實現，函數中需使用一個時長為500 ms的定時器控件，通過延時判定按鈕是被點擊還是長按，從而實現參數的單次操作或連續操作。同時在設計該項功能時還應注意參數的遞增或遞減不能超過其上限或下限，否則參數為無效且會造成運算的出錯，因此必須在代碼中進行判定，當參數值已到達其上限或下限時則不能再進行遞增或遞減運算，以“尺寸公差”中基本尺寸參數的自動連續遞減操作為例其關鍵程序代碼如下:

以上程序代碼中，判定允許自動連續遞減操作的條件為當前參數值＞0.1（最小基本尺寸）、當前按鈕已按下（布爾型變量flag_b3）和定時器延時時間到布爾型變量flag_timer均為真，常數0.1為遞減的最小單位，Application.DoEvents語句為確保當前程序運行時窗口也能對其他控件的事件做出響應。

2.2 參數輸入結果正確性驗證

由于“測量尺寸”參數的位數較多，采用觸摸按鈕對其操作并不方便，故直接使用操作系統自帶輸入法中的手寫方式或軟鍵盤完成參數的輸入，但操作時可能會因為用戶的誤操作而輸入如字母、標點符號或負數等非法字符，同時“尺寸公差”參數中的上偏差必須大于下偏差，因此必須對以上輸入結果進行正確性驗證，以防止程序的崩潰。此處是通過“計算”按鈕Click事件中的驗證環節來進行的，以“測量尺寸”參數為例其驗證過程的程序代碼如下:

以上程序代碼中首先對輸入文本框中的數據是否為正數進行判定，如果為負數或零則顯示警告并將文本框中的數據恢復為初始值，同時為出錯標志變量（flag_error）覆值。在完成以上功能時由于引入了Try...Catch結構，因此當輸入的數據為非法字符時可由該結構捕獲運行時的錯誤，從而避免整個程序的崩潰，且顯示警告并將文本框中的數據恢復為初始值，同時也會為出錯標志變量（flag_error）覆值。當最后進入磨損量計算環節時，如出錯標志變量為真，則不會執行計算過程。

2.3 磨損量的計算方法

磨損量的計算一般是在零件粗加工完成后進行的，此時可測出當前零件的外形尺寸和深度尺寸，并通過與零件的公差尺寸進行比較，獲得最終的磨損值，該磨損值包含了對零件精加工余量、尺寸公差及刀具磨損量的補償［4］。其具體公式可寫為:

D（磨損）=原有D（磨損）+（外形基本尺寸+外形上下偏差平均值－外形測量值）/2

H（磨損）=原有H（磨損）+（深度測量值－深度基本尺寸－深度上下偏差平均值）

上式中D（磨損）和H（磨損）分別代表了外形磨損量和深度磨損量，其最終將配合數控加工程序中的刀具半徑補償和長度補償命令對零件的加工尺寸做出調整，以滿足零件尺寸公差的要求。D（磨損）計算公式中的“除以2”是因為外形測量尺寸為雙邊值，而刀具半徑的補償則是單邊補償，如果遇到測量結果已經是單邊值的情況則不能“除以2”。

軟件通過RadioButton控件來選擇計算的為外形磨損量或深度磨損量，并通過CheckBox控件來選擇外形測量尺寸是否為單邊值，同時還應利用格式化函數Format（）將計算好的磨損量保留其小數點后三位，最終在文本框中顯示給用戶。

2.4 生成安裝文件

完成軟件的設計之后可利用Visual Studio中的模擬器程序對軟件的正確性進行仿真，該過程是在PC機上完成的，待測試無誤后則應生成軟件的安裝文件（CAB文檔）供智能設備安裝。如果待安裝智能設備的屏幕不是240×320分辨率格式，則可以通過修改設計主頁面Form的FormFactor屬性以支持新的分辨率格式，例如選擇Windows Mobile 6 Professional VGA選項可支持480×640的分辨率格式，最后應通過重新生成安裝文件對修改后的設置更新。

3 軟件的操作流程

3.1 安裝.NET Compact Framework

智能設備上運行的程序必須依靠微軟公司開發的.NET Compact Framework程序支持，該程序為公共語言運行庫和類庫，其最新版本為3.5版，可以從微軟公司的網站下載并安裝至智能設備。

3.2 安裝磨損量計算軟件

將智能設備與PC機通過USB電纜線連接，將磨損量計算軟件的安裝文件復制至智能設備的存儲卡后斷開智能設備與PC機的連接。啟動智能設備的資源管理器，找到存儲卡上復制的文件，點擊該文件即可開始安裝，安裝時可以選擇安裝至系統內存或存儲卡上，安裝后的文件為可執行程序（.exe文件）。

3.3 運行磨損量計算軟件

在智能設備上選擇“開始”菜單并選擇“程序”按鈕，選擇軟件的快捷方式即可啟動磨損量計算軟件。首先通過觸摸按鈕或手寫方式輸入給定參數，然后選擇磨損量類型為外形或深度及外形尺寸測量是否為單邊方式，最后點擊計算按鈕，此時磨損量計算結果便顯示于文本框中，需要退出軟件時點擊屏幕右上角的“×”號圖標即可。

3.4 磨損量計算實例

下面以圖2中的外形結構為例說明其加工過程與磨損量的計算方法。

1）根據數控加工程序中所使用的刀補號設置數控系統中對應刀補號的磨損量（此處為0.3），該值將作為其外形方向的精加工余量（原有磨損量）;

2）選擇數控系統中的粗加工程序，啟動機床并完成零件的粗加工;

3）測量零件的外形尺寸（假設為50.31），并將測量值輸入至該磨損量計算軟件中，同時輸入軟件運算所需要的外形尺寸公差（50－0.02－0.06）與原有磨損量（0.3），并選擇磨損量類型為“外形”。由于測量外形尺寸時將使用外徑千分尺測量零件的左右兩端，因此“外形單邊測量”選項不選，最后點擊“計算”按鈕，此時磨損量計算結果（0.125）便顯示于文本框中，如圖2所示。

圖2 待加工外形零件

4）將計算后的當前磨損量值輸入數控系統中覆蓋原有的磨損量后，即可選擇精加工程序進行外形結構的精加工;

5）待精加工完成后可測量零件的最終尺寸，并確認尺寸是否合格。

通過以上磨損量計算軟件配合機床的數控加工可方便操作人員迅速而正確地完成零件的加工制造，免去了傳統方法中需要紙、筆并配合計算器完成磨損量計算的煩惱，同時也避免了傳統方法容易計算出錯而造成加工產品的報廢，提高了數控加工過程的準確性與效率。

4 結語

在介紹PC機上開發智能設備應用程序的開發環境基礎上，利用Visual Studio 2008軟件編寫了運行于Windows Mobile智能手機上的磨損量計算軟件，實現了磨損量的便捷計算。該軟件在多普達TOUCH HD型號智能手機上經過測試，運行正常。同時依靠Windows Mobile 6 SDK軟件的支持，該磨損量計算軟件還可以支持不同屏幕分辨率格式的智能設備，這大大提高了該軟件的通用性。

［1］劉玉生，吳昭同.基于特征的層次式公差信息表示模型及其實現［J］.機械工程學報，2003（3）:1-7.

［2］傅曦，齊宇，徐駿.Windows Mobile手機應用開發［M］.北京:人民郵電出版社，2005.

［3］湯涌濤.Visual Basic 2008從入門到精通［M］.北京:清華大學出版社，2008.

［4］李健，韋靈南，靳龍.CAD/CAM自動編程中零件尺寸公差的保證［J］.組合機床與自動化加工技術，2004（7）:52～54.