王會良，鄧效忠

（1.西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，西安 710072；2.河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，洛陽 471003）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，齒輪在石油、航空、汽車等一些行業(yè)的應(yīng)用越來越多，提高齒輪的精度等級，減小齒形和齒向誤差是目前的關(guān)鍵任務(wù)[1]。是齒面淬硬后消除熱處理變形,并進(jìn)一步提高齒輪精度和改善齒面粗糙度的主要方法，目前仍以磨齒工藝為主。德國和美國先后研制出錐形砂輪磨齒機(jī)和成形砂輪磨齒機(jī)[2]。而成形法磨削，即將砂輪軸截面截形修整為與齒輪齒槽相適應(yīng)的截面，進(jìn)行成形磨削加工。其適用性強(qiáng)、加工對象種類多和齒輪修形靈活等特點(diǎn)，目前被廣泛采用。國內(nèi)以秦川機(jī)械發(fā)展有限公司開發(fā)的磨齒機(jī)受到了市場上的歡迎，其系統(tǒng)主要采用法國的NUM系統(tǒng)[3,4]。而以西門子840D系統(tǒng)開發(fā)的磨齒機(jī)在國內(nèi)還沒有形成產(chǎn)品，在工件的安裝、對刀、加工以及系統(tǒng)的調(diào)試和維修過程中, 用戶需要與系統(tǒng)進(jìn)行大量的信息傳遞,參數(shù)化編程可以使操作工很方便的進(jìn)行加工，而不必要對加工程序進(jìn)行過多的了解。因此，基于840D系統(tǒng)的參數(shù)化編程對用戶操作和提高生產(chǎn)效率具有一定的重要意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與開發(fā)平臺

成形砂輪磨齒機(jī)共有6 個軸, 分別為徑向X軸、切向Y 軸、軸向Z 軸、修整進(jìn)給U 軸、砂輪旋轉(zhuǎn)B軸和工件旋轉(zhuǎn)C 軸,這些軸分別完成了工件磨削和砂輪修形的運(yùn)動。其中砂輪旋轉(zhuǎn)和金剛輪軸采用電主軸外，其余的全部采用西門子伺服軸，每根軸都裝有西班牙FAGOR的直線（或圓）光柵尺，構(gòu)成了全閉環(huán)控制系統(tǒng)。

SINUMERIK 840D 的數(shù)控單元被稱作NCU（Numerical Control unit）單元。NCU 單元中集成SINUMERIK 840D 數(shù)控CPU 和SIMATIC PLC CPU 芯片，包括相應(yīng)的數(shù)控軟件和PLC 控制軟件，并且?guī)в蠱PI 或Prof i bus 接口，RS232 接口，手輪及測量接口，PCMCIA 卡插槽等。840D系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，允許用戶將自己的專有技術(shù)加入到系統(tǒng)當(dāng)中，額外提供更適合特殊應(yīng)用的顯示界面、更方便的操作方式和更簡單的加工參數(shù)調(diào)整等功能，并使其與標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)無縫連接，從而將一個通用的系統(tǒng)變成專家系統(tǒng)。所開發(fā)的成形砂輪磨齒機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)主要有參數(shù)設(shè)置模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊、在線測量模塊和西門子標(biāo)準(zhǔn)界面模塊組成，總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 HMI界面開發(fā)過程

840D數(shù)控系統(tǒng)界面的二次開發(fā)，需要在PC機(jī)上安裝HMI Programming Package開發(fā)包，安裝完后，系統(tǒng)里會出現(xiàn)OEM文件夾，在該文件夾下建立一個bsp1的子文件夾，把子窗口列表文件bsp1.mdi和狀態(tài)矩陣文件bsp1.zus拷到該文件夾下面。另外還需要建立集成界面的可執(zhí)行文件bsp1.exe、語言動態(tài)文件 bsp1.dll、項目初始化文件bsp1.ini、程序管理器文件regie.ini、全局初始化文件mmc.ini和語言文本文件bsp1.rc等。開發(fā)包提供了順序控制結(jié)構(gòu)的應(yīng)用框架兼容OEM應(yīng)用程序，利用VB進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計，利用VC++創(chuàng)建語言動態(tài)鏈接庫，最后按照順序控制的要求把設(shè)計的界面嵌入840D系統(tǒng)中，軟鍵等其他文本信息從語言動態(tài)鏈接庫里提取[5]。具體步驟如下。

1）創(chuàng)建項目初始化文件bsp1.ini。用記事本編輯，其內(nèi)容為：

[CONTROL]

MDIList=bsp1sp1.MDI

ControlFile=bsp1sp1.ZUS

初始化文件主要指定子窗口列表文件和狀態(tài)矩陣文件所在的目錄。該文件應(yīng)位于OEM文件夾下。

2）創(chuàng)建子窗口列表文件bsp1.mdi。用記事本編輯，其內(nèi)容為：

“OEM0” 1，//啟動面

“OEM1” 1，//參數(shù)設(shè)置

“OEM2” 1，//狀態(tài)監(jiān)控

“OEM3” 1，//在線測量

該文件列舉了四個窗口，根據(jù)需要，還可以擴(kuò)展。OEM*是窗口的名稱，后面的“1”表示窗體的一種類型，當(dāng)點(diǎn)擊其他窗體時，其上的數(shù)據(jù)將被刪除，“//”后面為注釋部分。該文件在OEMsp1下。

3）創(chuàng)建狀態(tài)矩陣bsp1.zus。用記事本編輯，其內(nèi)容為：

第一行中的[0]表示狀態(tài)的號碼，一個狀態(tài)對應(yīng)一個窗口或多個窗口，00分別表示水平軟鍵和垂直軟鍵的起始地址，“oem0”表示該狀態(tài)顯示的界面，“0”表示返回值，0表示標(biāo)識符。第二行中的0表示第一個水平軟鍵，0～7表示水平方向的8個軟鍵，8～15表示垂直方向的8個軟鍵，最后1列的參數(shù)1表示按下第1個水平軟鍵時將要顯示第1個狀態(tài)。該文件在OEMsp1下。

4）創(chuàng)建可執(zhí)行文件bsp1.exe。首先打開VB6.0軟件，創(chuàng)建一個工程bsp1.vbp，添加OEM0～OEM3四個窗口，按照要求設(shè)計好這些窗口，在其屬性欄caption、name、tag選項設(shè)置為oem*，并設(shè)置窗體代碼：

Private Sub Form_Load()

Call ALMakeBorder(hWnd)

Dim chtmpString As String * 255

Move g_nBeArtLeft, g_nBeArtTop, g_nBeArtWidth, g_nBeArtHeight

InitEnvironment Me

If g_nALMakeZwidat = True Then Exit Sub

End Sub

以上設(shè)置完后，生成EXE文件bsp1.exe。該文件位于OEM文件夾下。

5）創(chuàng)建動態(tài)鏈接庫bsp1.dll。事先建立一個源文件bsp1.rc，打開記事本，輸入以下代碼（部分）：

STRINGTABLE DISCARDABLE

BEGIN

0 ＂10 ＂

1 ＂100＂

2 ＂200＂

10 ＂參數(shù)設(shè)置＂

11 ＂狀態(tài)監(jiān)控＂

12 ＂在線測量＂

200 ＂齒輪參數(shù)＂

201 ＂ OEM1＂

END

其中“10”是水平軟鍵的起始地址，“100”是垂直軟鍵的起始地址，“200”對應(yīng)對話框的文本等，10表示第一個狀態(tài)的第一個水平軟鍵文本，11表示第一個狀態(tài)的第二個水平軟鍵的文本。打開VC++6.0新建一個工程，根據(jù)bsp1.rc文件生成動態(tài)鏈接庫bsp1.dll。該文件在OEMLANGUAGE下。

6）配置regie.ini文件。用記事本打開該文件，進(jìn)行如下設(shè)置：

[TaskConf i guration]

Task7 = name := bsp1, Timeout := 60000

該文件在OEM文件夾下。

至此，HMI的二次開發(fā)已經(jīng)完成，只要運(yùn)行regie.exe文件就可以看到自己開發(fā)界面的效果了。

3 運(yùn)行實例

在數(shù)控砂輪成形磨齒機(jī)上啟動HMI后，在西門子標(biāo)準(zhǔn)HMI界面下按下第8個軟鍵“磨削”后就進(jìn)入了磨削的界面，如圖2、圖3所示。利用所設(shè)計的界面不僅能改變各種參數(shù)，而且還能監(jiān)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，執(zhí)行在線測量等功能。操作者根據(jù)圖紙要求，將要加工的齒輪參數(shù)比如齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角和壓力角等參數(shù)輸入數(shù)值后，系統(tǒng)自動生成加工程序，不需要編制復(fù)雜的G指令加工程序，就能完成磨削和砂輪修形的控制。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行的主界面

圖3 參數(shù)設(shè)置模塊

4 結(jié)束語

西門子840D系統(tǒng)的開放性為磨齒機(jī)的發(fā)展提供了便利的條件，用戶可以很方便的開發(fā)出適合自己的專用機(jī)床，封裝了設(shè)備制造者的一些關(guān)鍵技術(shù)，提高了磨齒機(jī)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)性。在基于參數(shù)化編程的界面下，根據(jù)磨削不同的零件，操作者只需修改不同的齒輪參數(shù)，系統(tǒng)自動生成加工程序，降低了編程人員的勞動強(qiáng)度。實踐證明，經(jīng)過開發(fā)的磨齒機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)界面簡化了操作，提高了勞動生產(chǎn)效率。

[1] 文懷興, 朱華杰.基于NUM的磨齒機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)[J].制造業(yè)自動化, 2006(3): 56-57.

[2] 遇立基.磨齒工藝與磨齒機(jī)的技術(shù)發(fā)展概況[J].現(xiàn)代制造工程, 2008(2): 1-4.

[3] 劉浩波, 岑偉明, 龍合昌等.西門子數(shù)控系統(tǒng)840D人機(jī)界面的制作方法[J].機(jī)械與電子2011(4): 76-78.

[4] 陳順紅, 張桂香, 孔宇等.基于840D的凸輪軸磨床數(shù)控OEM軟件的開發(fā)[J].制造技術(shù)與機(jī)床2008(3): 47-50.

[5] SINUMERIK 840D/840Di SINUMERIK 810D/FM-NC HMI Programming Package Part 1 User’s Manual 02.2006 Edition