吳昌建 王福元

（1.安徽理工大學(xué)，安徽淮南232001；2.鹽城工學(xué)院，江蘇鹽城224001）

0 引言

隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)床向著智能化、自動化以及多樣化方向發(fā)展。各類新型機(jī)床不斷涌現(xiàn)，有很多使用的是國外的數(shù)控系統(tǒng)，且絕大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)都沒有中文操作界面，然而國內(nèi)外機(jī)床的操作習(xí)慣有很大的不同，所以通用的機(jī)床界面已不能滿足生產(chǎn)加工要求。為了滿足用戶的不同需求，使機(jī)床的使用更為高效便捷，擴(kuò)展通用機(jī)床界面的功能是非常有必要的。因此需要開發(fā)出友好的且適合不同機(jī)床加工生產(chǎn)的人機(jī)界面，以提高生產(chǎn)工作效率。

1 機(jī)床介紹

西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司推出的一款開放式數(shù)控系統(tǒng)，具有很高的靈活性和動態(tài)響應(yīng)能力。本次介紹的機(jī)床是基于西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)計成臥式雙頭進(jìn)給方式加工的葉片電解加工機(jī)床。該機(jī)床主要用于加工航空發(fā)動機(jī)中的葉片，所以對精度的要求比較高。機(jī)床的兩個陰極工具設(shè)計成加工面的形狀，加工時工件用專用夾具固定，機(jī)床兩個陰極工具同時向工件進(jìn)給，通過電解液導(dǎo)電使陽極工件發(fā)生電化學(xué)溶解，從而使工件成型。雙頭進(jìn)給加工方式可以減少葉片加工工序，對葉片加工精度的提升有很大的幫助。

2 機(jī)床工作過程

根據(jù)機(jī)床工作原理設(shè)計出葉片電解加工機(jī)床工作流程，如圖1所示。

圖1 機(jī)床工作流程圖

3 開發(fā)環(huán)境及軟件介紹

本次界面開發(fā)選擇的是Operator Programming Package編程包。該軟件具有一種以組件為導(dǎo)向的架構(gòu)。組件分為兩大類：GUI組件和HMI服務(wù)。其中GUI組件是一種圖形化的用戶界面，用于實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的互動。HMI服務(wù)是一種功能組件，用于實現(xiàn)圖形界面基本功能以及將系統(tǒng)集成到自動化過程中。此軟件包支持在Windows系統(tǒng)及Linux平臺開發(fā)界面，功能全面，嵌入性好。界面的開發(fā)基于vc++語言，visual basic用于編輯OA工具，QT Designer用于圖形化設(shè)計界面，HMI用于調(diào)試設(shè)計好的人機(jī)界面。

4 人機(jī)界面的開發(fā)

4.1 人機(jī)界面開發(fā)的總體設(shè)計思路

使用Operator Programming Package編程包開發(fā)的人機(jī)界面要保證層次清晰，功能齊全，方便引導(dǎo)操作人員進(jìn)行操作。要開發(fā)什么樣的界面，實現(xiàn)什么樣的功能是設(shè)計的關(guān)鍵。人機(jī)界面的總體設(shè)計思路如圖2所示。

圖2 人機(jī)界面的開發(fā)思路圖

4.2 人機(jī)界面實現(xiàn)的功能分類

根據(jù)葉片加工機(jī)床實現(xiàn)的功能，初步確定設(shè)計的幾個界面：參數(shù)設(shè)置界面、機(jī)床界面（手動加工界面、單頭加工界面、雙頭加工界面）、報警界面以及幫助界面。各界面實現(xiàn)的功能如圖3所示。

圖3 人機(jī)界面功能圖

（1）參數(shù)模塊：主要用于設(shè)定電源參數(shù)、電解液參數(shù)以及機(jī)床進(jìn)給參數(shù)，如加工電壓、電流限流、溫度、轉(zhuǎn)點位置等。

（2）機(jī)床模塊：可以執(zhí)行加工程序，控制加工的啟停，實現(xiàn)機(jī)床加工過程中的參數(shù)以及機(jī)床狀態(tài)的實時監(jiān)測。

（3）報警模塊：當(dāng)機(jī)床運行出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動記錄診斷信息（時間、狀態(tài)、編號），并顯示在界面中。

（4）幫助模塊：將在線幫助集成到系統(tǒng)當(dāng)中，可訪問幫助手冊，并可通過關(guān)鍵詞索引。

4.3 界面設(shè)計

在設(shè)計界面的過程中，首先要配置系統(tǒng)文件，通過Operator向?qū)渲糜脩艚缑?，?chuàng)建好項目后，對界面菜單軟鍵進(jìn)行編輯定義，使用菜單軟鍵上的NAVIGATION函數(shù)調(diào)用Screen類，實現(xiàn)屏幕間的切換。然后在.xml文件中對Screen類進(jìn)行定義，使一個Screen類對應(yīng)一個Form類。接下來就可以使用編程包中的QT軟件對Form類中的Ui文件進(jìn)行編輯，利用QT中信號和槽函數(shù)的機(jī)制，把不同對象綁定在一起，設(shè)計出所需要的界面。下面介紹部分設(shè)計界面。

4.3.1 參數(shù)界面

機(jī)床參數(shù)在加工生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，所以在加工時對參數(shù)的監(jiān)控是十分必要的。圖4所示為葉片加工機(jī)床的參數(shù)設(shè)定界面，主要包括電源參數(shù)設(shè)置、進(jìn)給參數(shù)設(shè)置以及電解液參數(shù)設(shè)置。

圖4 參數(shù)設(shè)定界面

4.3.2 機(jī)床界面

針對機(jī)床的加工模式，把機(jī)床界面設(shè)計為3個子界面，分別為手動加工界面（圖5）、單頭加工界面（圖6）、雙頭加工界面（圖7）。這3個界面都是由加工狀態(tài)欄和按鍵組成的。左右兩軸在加工時，加工狀態(tài)欄中顯示機(jī)床加工參數(shù)和機(jī)床的狀態(tài)信息。機(jī)床的三個狀態(tài)信息由狀態(tài)顯示燈表示，綠燈為工作狀態(tài)，紅燈為停止或異常狀態(tài)。按鍵用來執(zhí)行程序命令。

圖5 手動加工界面

4.4 與NC/PLC通信

設(shè)計完界面后，要真正實現(xiàn)人機(jī)界面的嵌入、讀寫變量及調(diào)用程序，必須要在生成的.cpp文件中對界面中的各個對象進(jìn)行定義。為實現(xiàn)參數(shù)的讀取與寫入，要調(diào)用CAP服務(wù)中的SIQCap類，采用異步調(diào)用多個變量的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)尋址。在異步調(diào)用時，SIQCap類的對象會在任務(wù)完成后利用“Qt的信號與槽機(jī)制”發(fā)送信號。

圖6 單頭加工界面

圖7 雙頭加工界面

要實現(xiàn)程序的調(diào)用，必須在.cpp文件中設(shè)置PIService來啟用程序?qū)嵗?wù)。首先創(chuàng)建并填寫4個含有PI服務(wù)參數(shù)設(shè)置的字符串，然后創(chuàng)建PIService對象，將PI服務(wù)的參數(shù)數(shù)組傳遞給構(gòu)造函數(shù)，最后啟用PI指令，使用Start()函數(shù)觸發(fā)PI服務(wù)。

在完成上述過程后就可以將界面集成后嵌入到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行。

5 結(jié)語

本文設(shè)計了葉片電解加工機(jī)床的工作流程，并據(jù)此應(yīng)用Operator Programming Package編程包對其界面進(jìn)行二次開發(fā)，擴(kuò)展了葉片加工機(jī)床的功能。此界面布局合理，操作簡便，極大地提高了生產(chǎn)效率。通過對該軟件的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)此功能開發(fā)界面操作簡單，能夠在PC端直接進(jìn)行設(shè)計，有著極好的嵌入性，對機(jī)床的現(xiàn)場調(diào)試及界面優(yōu)化設(shè)計有著很大的意義。