朱 強，呂 洋

(1．蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241006；2.東南大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇 南京 211189；3．亞龍智能裝備集團股份有限公司，浙江 溫州 325105)

0 引 言

軸類零件的數(shù)控加工一般采用人工編程或者CAD/CAM編程方式，需要操作者既要掌握機械制圖、金屬切削原理、產(chǎn)品精度檢測等相關(guān)專業(yè)知識，又要掌握數(shù)控編程、數(shù)控加工工藝和數(shù)控機床操作等基本技能。合格的數(shù)控機床操作者往往培訓(xùn)周期長，加工出錯率高，且產(chǎn)品加工質(zhì)量難以保持穩(wěn)定，這些現(xiàn)象已嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)效率[1-3]。國內(nèi)已有大量關(guān)于軸類零件數(shù)控編程與加工的文獻成果，但數(shù)控系統(tǒng)人機界面二次開發(fā)相關(guān)文獻較少，且大多數(shù)只是針對單一功能進行開發(fā)，未涉及通用零件多特征加工二次開發(fā)相關(guān)研究，在提高機床智能化操作的人機界面開發(fā)上進展緩慢。

為此，開發(fā)一種數(shù)控車床軸類零件加工操作專用人機界面，在人機界面相關(guān)特征控件后臺嵌入加工宏程序，用戶操作時，只需在人機界面中對相關(guān)特征尺寸要素進行編輯修改，即可直接改變加工宏程序用于生產(chǎn)加工。對開發(fā)結(jié)果進行實際加工驗證，加工操作智能化程度顯著提高，且加工產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，符合產(chǎn)品技術(shù)要求，生產(chǎn)效率得到提升，可為其他功能的人機界面開發(fā)研究提供參考。

1 人機界面開發(fā)方法

當(dāng)前自動化生產(chǎn)中普遍存在的專業(yè)化、個性化的需求，如加工工藝、設(shè)備操作、設(shè)備維護等，數(shù)控系統(tǒng)本體自帶的通用的操作界面難以滿足，需要有更加專業(yè)化的界面去構(gòu)建人機交互。友好的人機界面操作簡單，能快捷智能實現(xiàn)用戶與機床傳遞信息的輸入與輸出，從而提高機床加工效率。可用于FANUC數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)的工具主要有宏執(zhí)行器、C語言執(zhí)行器和FANUC PICTURE軟件。FANUC PICTURE軟件具有開發(fā)周期短、運行穩(wěn)定，且具備一定的柔性功能，成為FANUC數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)工具的首選。

FANUC PICTURE軟件以各種控件構(gòu)成人機界面的主體，通過定義控件的屬性，來關(guān)聯(lián)PMC信號和CNC系統(tǒng)信息[4]，形成其個性化操作、信息采集、顯示等界面屬性，并具備腳本功能，能夠完成一定的函數(shù)運算、流程控制等柔性化功能，其本身自帶編譯器，能夠完成源程序的編譯，并裝載至CNC系統(tǒng)的FROM存儲區(qū)，由CNC系統(tǒng)驅(qū)動其運行。

2 實現(xiàn)的方案與技術(shù)

2.1 開發(fā)流程

FANUC PICTURE軟件自定義的畫面程序稱之為工程[5]，每個工程編譯后生成CNC識別文件。一臺CNC只能識別一個工程，工程文件是由各個顯示畫面所組成，畫面之間依存一定關(guān)系進行切換操作。構(gòu)成畫面的基本元素是控件，通過屬性設(shè)定，可關(guān)聯(lián)具體的動作。依據(jù)人機界面開發(fā)方法，軸類零件加工專用人機界面開發(fā)流程如圖1所示。

圖1 軸類零件加工專用人機界面開發(fā)流程

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 控件的確定

畫面是由控件構(gòu)成，根據(jù)畫面需求選擇相應(yīng)的控件，如指示燈、按鍵、顯示控件，構(gòu)成整體操作界面?？丶O(shè)定最重要的就是屬性設(shè)定，每個控件特性的不同帶來各自的屬性的不同[6]，不同的屬性通常集中在“動作”屬性設(shè)定上。

FANUC PICTURE 提供主界面、子界面，彈出界面等多種界面供用戶選擇[7]，軸類零件加工專用人機界面包括文字說明、加工圖片、數(shù)值輸入顯示等內(nèi)容。該界面結(jié)構(gòu)簡單，只需用主界面即可完成該人機界面制作，需要使用標(biāo)簽控件、輸入輸出控件、畫面切換按鈕控件、圖片顯示控件等。

2.2.2 函數(shù)的調(diào)用

FANUC PICTURE軟件中的函數(shù)分為“讀函數(shù)”和“寫函數(shù)”[8]，是由控件或腳本進行調(diào)用，用于讀取CNC狀態(tài)或者PMC狀態(tài)的同時，也可以修改CNC和PMC數(shù)據(jù)。這些函數(shù)主要包含CNC庫函數(shù)、PMC庫函數(shù)，以及其他類型函數(shù)。函數(shù)載體是控件，通過控件動作屬性中指定的函數(shù)，進行CNC或PMC數(shù)據(jù)的讀寫操作。在軸類零件加工專用人機界面工程制作中要用到FANUC PICTURE中兩個關(guān)鍵函數(shù)，即，CNC讀取用戶宏變量庫函數(shù)和CNC寫入用戶宏變量庫函數(shù),其使用格式分別為：rdmacro[number_pmc_address(_path)] 和wrmacro[number_data1_data2_pmc_address(_path)]。參數(shù)說明如表1所示。

表1 函數(shù)變量說明

2.2.3 宏程序的編制

宏程序的編制是軸類零件加工專用人機界面開發(fā)的關(guān)鍵。當(dāng)用戶在人機界面中輸入加工數(shù)據(jù)時，就是定義宏變量的過程，由于FANUC PICTURE不支持集成NC加工程序，但支持宏程序的調(diào)用[8]，可以將加工程序用宏程序編寫嵌入CNC，供開發(fā)的軸類零件加工專用人機界面進行加工調(diào)用。使用宏程序的編輯方式適用于專用界面操作，操作者無需G代碼編程，也不需要修改程序和修改刀補，僅通過人機界面對話框輸入必要的宏變量，如軸徑、臺階長度、螺紋螺距、倒角等工藝參數(shù)，即可完成產(chǎn)品加工。用宏程序編制的加工程序，可隨時調(diào)整加工尺寸數(shù)據(jù)，操作簡便，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好，符合產(chǎn)品技術(shù)要求。

3 開發(fā)案例

FANUC PICTURE軟件開發(fā)界面需要在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，才能正常在CNC上運行[9]。首先設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)1180為1，參數(shù)8661為59，參數(shù)8662為4，參數(shù)8781為64。再按照上述開發(fā)流程，把生成的FPF0FPDT.MEM文件和軸類零件加工通用宏程序?qū)隒NC的FROM。系統(tǒng)重啟，按系統(tǒng)“CUSTOMER”鍵，進入軸類零件加工專用人機界面，如圖2 所示。

圖2 軸類零件加工專用人機界面

該界面顯示的產(chǎn)品圖樣中，將軸類零件的特征數(shù)值對應(yīng)宏變量用加工參數(shù)①～⑧表示。機床操作者根據(jù)產(chǎn)品圖樣，在人機界面通過“輸入框”給宏變量賦值，即可直接修改宏程序進行加工。軸零件加工實物如圖3所示,經(jīng)檢測，其尺寸、精度均符合圖紙技術(shù)要求。

圖3 軸類零件實物圖

4 結(jié) 論

1)軸類零件加工專用人機界面開發(fā)，解決了數(shù)控機床操作復(fù)雜性問題，簡化了編程操作要求，節(jié)約了編程時間，降低了對機床操作者的技術(shù)要求。

2)開發(fā)方案使得數(shù)控機床操作智能化得以提升，提高了機床專業(yè)性，工作效率得以快速提高。

3)開發(fā)方案所依托的零件特征較為簡單，但以此為基礎(chǔ)，可以拓展到球面、拋物線等其他較為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件加工。