數控磨齒機參數化編程軟件開發

王會良，鄧效忠

（1.西北工業大學 機電學院，西安 710072；2.河南科技大學 機電工程學院，洛陽 471003）

0 引言

隨著科學技術的發展，齒輪在石油、航空、汽車等一些行業的應用越來越多，提高齒輪的精度等級，減小齒形和齒向誤差是目前的關鍵任務[1]。是齒面淬硬后消除熱處理變形,并進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和成形砂輪磨齒機[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的截面，進行成形磨削加工。其適用性強、加工對象種類多和齒輪修形靈活等特點，目前被廣泛采用。國內以秦川機械發展有限公司開發的磨齒機受到了市場上的歡迎，其系統主要采用法國的NUM系統[3,4]。而以西門子840D系統開發的磨齒機在國內還沒有形成產品，在工件的安裝、對刀、加工以及系統的調試和維修過程中, 用戶需要與系統進行大量的信息傳遞,參數化編程可以使操作工很方便的進行加工，而不必要對加工程序進行過多的了解。因此，基于840D系統的參數化編程對用戶操作和提高生產效率具有一定的重要意義。

1 系統結構與開發平臺

成形砂輪磨齒機共有6 個軸, 分別為徑向X軸、切向Y 軸、軸向Z 軸、修整進給U 軸、砂輪旋轉B軸和工件旋轉C 軸,這些軸分別完成了工件磨削和砂輪修形的運動。其中砂輪旋轉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，構成了全閉環控制系統。

SINUMERIK 840D 的數控單元被稱作NCU（Numerical Control unit）單元。NCU 單元中集成SINUMERIK 840D 數控CPU 和SIMATIC PLC CPU 芯片，包括相應的數控軟件和PLC 控制軟件，并且帶有MPI 或Prof i bus 接口，RS232 接口，手輪及測量接口，PCMCIA 卡插槽等。840D系統是一個開放的系統，允許用戶將自己的專有技術加入到系統當中，額外提供更適合特殊應用的顯示界面、更方便的操作方式和更簡單的加工參數調整等功能，并使其與標準系統無縫連接，從而將一個通用的系統變成專家系統。所開發的成形砂輪磨齒機人機界面系統主要有參數設置模塊、狀態監控模塊、在線測量模塊和西門子標準界面模塊組成，總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

2 HMI界面開發過程

840D數控系統界面的二次開發，需要在PC機上安裝HMI Programming Package開發包，安裝完后，系統里會出現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行文件bsp1.exe、語言動態文件 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。開發包提供了順序控制結構的應用框架兼容OEM應用程序，利用VB進行人機界面的設計，利用VC++創建語言動態鏈接庫，最后按照順序控制的要求把設計的界面嵌入840D系統中，軟鍵等其他文本信息從語言動態鏈接庫里提取[5]。具體步驟如下。

1）創建項目初始化文件bsp1.ini。用記事本編輯，其內容為：

[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矩陣文件所在的目錄。該文件應位于OEM文件夾下。

2）創建子窗口列表文件bsp1.mdi。用記事本編輯，其內容為：

“OEM0” 1，//啟動面

“OEM1” 1，//參數設置

“OEM2” 1，//狀態監控

“OEM3” 1，//在線測量

該文件列舉了四個窗口，根據需要，還可以擴展。OEM*是窗口的名稱，后面的“1”表示窗體的一種類型，當點擊其他窗體時，其上的數據將被刪除，“//”后面為注釋部分。該文件在OEMsp1下。

3）創建狀態矩陣bsp1.zus。用記事本編輯，其內容為：

第一行中的[0]表示狀態的號碼，一個狀態對應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”表示該狀態顯示的界面，“0”表示返回值，0表示標識符。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1表示按下第1個水平軟鍵時將要顯示第1個狀態。該文件在OEMsp1下。

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

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

以上設置完后，生成EXE文件bsp1.exe。該文件位于OEM文件夾下。

5）創建動態鏈接庫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 ＂參數設置＂

11 ＂狀態監控＂

12 ＂在線測量＂

200 ＂齒輪參數＂

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”對應對話框的文本等，10表示第一個狀態的第一個水平軟鍵文本，11表示第一個狀態的第二個水平軟鍵的文本。打開VC++6.0新建一個工程，根據bsp1.rc文件生成動態鏈接庫bsp1.dll。該文件在OEMLANGUAGE下。

6）配置regie.ini文件。用記事本打開該文件，進行如下設置：

[TaskConf i guration]

Task7 = name := bsp1, Timeout := 60000

該文件在OEM文件夾下。

至此，HMI的二次開發已經完成，只要運行regie.exe文件就可以看到自己開發界面的效果了。

3 運行實例

在數控砂輪成形磨齒機上啟動HMI后，在西門子標準HMI界面下按下第8個軟鍵“磨削”后就進入了磨削的界面，如圖2、圖3所示。利用所設計的界面不僅能改變各種參數，而且還能監控機床的運行狀態，執行在線測量等功能。操作者根據圖紙要求，將要加工的齒輪參數比如齒數、模數、螺旋角和壓力角等參數輸入數值后，系統自動生成加工程序，不需要編制復雜的G指令加工程序，就能完成磨削和砂輪修形的控制。

圖2 系統運行的主界面

圖3 參數設置模塊

4 結束語

西門子840D系統的開放性為磨齒機的發展提供了便利的條件，用戶可以很方便的開發出適合自己的專用機床，封裝了設備制造者的一些關鍵技術，提高了磨齒機知識產權的保護性。在基于參數化編程的界面下，根據磨削不同的零件，操作者只需修改不同的齒輪參數，系統自動生成加工程序，降低了編程人員的勞動強度。實踐證明，經過開發的磨齒機專用數控系統界面簡化了操作，提高了勞動生產效率。

[1] 文懷興, 朱華杰.基于NUM的磨齒機數控系統的開發[J].制造業自動化, 2006(3): 56-57.

[2] 遇立基.磨齒工藝與磨齒機的技術發展概況[J].現代制造工程, 2008(2): 1-4.

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

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

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