當(dāng)前國(guó)內(nèi)加工中心刀具生產(chǎn)行業(yè)中，數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心的使用越來越廣泛。而數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心主要采購(gòu)的是國(guó)外設(shè)備，設(shè)備的可操作性高，可實(shí)時(shí)圖形化監(jiān)控設(shè)備加工狀態(tài)，但是設(shè)備的價(jià)格高昂，維護(hù)費(fèi)用高，設(shè)備的加工算法不能及時(shí)按照生產(chǎn)實(shí)際情況快速優(yōu)化和提高。國(guó)內(nèi)的數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心采用通訊方式連接上位工控機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)，上位機(jī)上編寫加工界面，但是不能實(shí)時(shí)圖形化監(jiān)控設(shè)備加工狀態(tài)，操作性較低。針對(duì)于此種情況，本文提出在西門子840l>sl數(shù)控系統(tǒng)提供的二次系統(tǒng)開發(fā)工具上，采用VisualC++和Qt GUI圖形設(shè)計(jì)軟件工具開發(fā)專用數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心用二次系統(tǒng)，將加工中心刀具刃磨算法實(shí)現(xiàn)參數(shù)化編程，給予客戶后續(xù)加工調(diào)整的豐富的靈活性，并實(shí)現(xiàn)圖形模擬刀具算法計(jì)算調(diào)整后的刀具刃磨圖形顯示，實(shí)現(xiàn)操作加工中心操作人員與刀具設(shè)計(jì)人員之間交
互可見連接，并利用Qt可視編程中的信號(hào)槽機(jī)制建立了靈活的人機(jī)交互響應(yīng)程序，實(shí)現(xiàn)了二次系統(tǒng)對(duì)加工中心刀具加工過程的實(shí)時(shí)控制及后續(xù)的處理功能，極大地提高了數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心的靈活性，實(shí)用性和易操作性。
1 H>1l二次系統(tǒng)的基本原理
內(nèi)部IIMI與MX、PLC和驅(qū)動(dòng)器之間的通訊是通過軟總線實(shí)現(xiàn)的，外部接入的IIMI通過通訊處理器(CP)來訪問系統(tǒng)內(nèi)的NCkJK:和驅(qū)動(dòng)器。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
SI\L:\.___1ERIK Operate具有一種以組件為導(dǎo)向的架構(gòu)。組件可以分為兩大類1 :(.1:丨組件和丨IM[服務(wù)„其中，GUI組件是圖形化的用戶界面，是SINUMERIkOperate中用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶即時(shí)互動(dòng)的組件(HMI~GUI)。GUI組件和HMI服務(wù)可以靈活組合，構(gòu)建用戶需要的HMI二次系統(tǒng)GUI組件及其需要使用的HMI服務(wù)要根據(jù)所需的HMI功能進(jìn)行配置。對(duì)HMI服務(wù)的訪問都是通過一個(gè)接口實(shí)現(xiàn)的，而且始終是同_個(gè)接口。
圖1西門子HMI二次系統(tǒng)原理示意圖
西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)針對(duì)operator的二次系統(tǒng)開發(fā)，提供了 Operator HMI Programming Package 編程軟件包方式適合開發(fā)復(fù)雜的二次用戶界面系統(tǒng)。數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心的二次系統(tǒng)需要考慮嵌入刀具加工計(jì)算程序設(shè)計(jì)，當(dāng)前采用此種方式，使用Visual C++和Qt GUI圖形設(shè)計(jì)軟件編寫的應(yīng)用程序嵌入到HMIOperator中，并可通過提供的接口實(shí)現(xiàn)訪問NC/PLC變量、NC數(shù)據(jù)管理、算法的計(jì)算、輸出加工數(shù)據(jù)等諸多功能，同時(shí)為了便于系統(tǒng)的簡(jiǎn)易操作，將NC加工程序的編程工作嵌入到HMI二次系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶真正的加工參數(shù)輸入,系統(tǒng)自動(dòng)編程和自動(dòng)加工。
2數(shù)控加工中心刀具刃磨二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1數(shù)控加工中心刀具刃磨硬件系統(tǒng)組成
數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心控制系統(tǒng)基于西門子84ODS10數(shù)控系統(tǒng)，以NCU710數(shù)控單元作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)配置獨(dú)立的智能可回饋電SLM電源模塊，主軸功率驅(qū)動(dòng)模塊，雙軸進(jìn)給功率驅(qū)動(dòng)模塊，人機(jī)界面用PCU單元和MCP操作面板，分布式遠(yuǎn)程10模塊，旋轉(zhuǎn)測(cè)量模塊以及氣閥集中控制模塊，其中二次系統(tǒng)開發(fā)是在PCU單元中完成。整個(gè)控制系統(tǒng)分成3層網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
(1) DriveCLiQ:連接系統(tǒng)與S120電源模塊以及軸功率驅(qū)動(dòng)模塊,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接；
(2) Ethernet:連接系統(tǒng)與人機(jī)界面用PCU單元和MCP操作面板模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和監(jiān)控信息的人機(jī)交互；
(3) Pr〇fibuS4)P:連接遠(yuǎn)程10輸入輸出模塊，直線測(cè)量模塊以及氣閥集成模塊；
系統(tǒng)的邏輯控制功能，諸如液壓系統(tǒng)控制、氣動(dòng)系統(tǒng)控制、排屑等輔助設(shè)備由系統(tǒng)內(nèi)部的PLC-317-2DPM可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)。
加工中心的整個(gè)加工都是在PCU單元中的二次人機(jī)操作系統(tǒng)中操作完成，設(shè)置當(dāng)前加工中心的使用參數(shù)，包含當(dāng)前加工中心刀具的參數(shù)，加工參數(shù),計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，模擬界面等，加工中心按照設(shè)置的參數(shù)對(duì)工件進(jìn)行加工。
2.2數(shù)控加工中心刀具刃磨軟件模塊設(shè)計(jì)
數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心對(duì)于用戶HMI二次系統(tǒng)的要求較高，需要將加工中心刀具磨削加工的參數(shù)全部可以讀取并保存為指定文件名的文件，特別對(duì)于加工中心刀具磨削的核心部分砂輪的端部磨削輪廓的參數(shù)設(shè)置和輪廓曲線的計(jì)算全部放置在HMI二次系統(tǒng)中，并且能夠在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)的監(jiān)控砂輪當(dāng)前計(jì)算得出的外部尺寸數(shù)據(jù)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中采用 Operator HMI Programming Package方式開發(fā)數(shù)控加工中心刀具刃磨二次系統(tǒng)。按照數(shù)控加工中心刀具刃磨算法設(shè)計(jì)和要求,將整個(gè)刃磨軟件系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),以提高軟件系統(tǒng)的靈活性和后續(xù)的可擴(kuò)展性，其系統(tǒng)的GUI圖形設(shè)計(jì)框架如圖3所示。
在數(shù)控加工中心刀具刃磨二次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上[5],使用了系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，報(bào)警服務(wù)接口，文件服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)了 HMI二次系統(tǒng)讀寫數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的GUD用戶全局變量數(shù)據(jù)，加工工件的參數(shù)設(shè)置及加工參數(shù)設(shè)置的文件讀寫和保存，以及系統(tǒng)內(nèi)部故障信息的讀取。其處理如圖4所示。HMI二次系統(tǒng)通過用戶設(shè)置的加工模式，加工參數(shù)和加工中心刀具參數(shù)，結(jié)合刀具刃磨算法
模型計(jì)算出最終的刃磨數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編寫加工中心nc加工程序，實(shí)現(xiàn)HMI系統(tǒng)的底層處理的封閉性，極大提高加工中心使用的簡(jiǎn)易性和加工中心運(yùn)行的安全性。
HMI服務(wù)是通過信號(hào)和槽的響應(yīng)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)參數(shù)的讀寫，砂輪輪廓數(shù)據(jù)的計(jì)算,以及系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)的顯不。利用Sinumerik Operate—開發(fā)工具中提供的服務(wù)函數(shù)接口 connect 連接定義的動(dòng)作信號(hào)和對(duì)動(dòng)作信號(hào)響應(yīng)的執(zhí)行功能。在軟件的設(shè)計(jì)中，需要考慮軟件的運(yùn)行效率和資源分配，在利用信號(hào)和槽響應(yīng)機(jī)制中，使用Hotliiik功能可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)變換，但是會(huì)大量占用系統(tǒng)運(yùn)行資源，因此在設(shè)計(jì)中需要對(duì)信號(hào)和槽響應(yīng)的設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí)調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。
圖5數(shù)控加工中心刀具刃磨控制軟件參數(shù)界面整個(gè)控制系統(tǒng)的信號(hào)槽響應(yīng)機(jī)制都是建立在對(duì)用戶目標(biāo)的了解上做出合理的響應(yīng)，對(duì)于算法中的參數(shù)的修改對(duì)刀具加工的影響將參數(shù)分為：立即響應(yīng)型，刀具刃磨周期響應(yīng)型,和重新刃磨響應(yīng)型三種類型，具體參數(shù)設(shè)置如圖5所示0。對(duì)應(yīng)的參數(shù)的算法計(jì)算必須是人工信號(hào)響應(yīng)型，并且系統(tǒng)給出修改合理性判別提示和執(zhí)行情況，極大的提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和高效性。
3結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心的采用通訊方式連接上位工控機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)，上位機(jī)上編寫加工界面，設(shè)備不能實(shí)時(shí)圖形化監(jiān)控設(shè)備加工狀態(tài)，加工算法靈活度和操作性較低，提出了基于西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)采用Visual C++和Qt GUI設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工中心刀具刃磨加工中心的HMI二次系統(tǒng)，采用模塊化程序設(shè)計(jì),將刀具刃磨算法模塊式嵌入到加工中心人機(jī)交互系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工中心刀具刃磨的參數(shù)化自動(dòng)化編程，并可實(shí)現(xiàn)加工前的刀具結(jié)果圖形效果模擬，極大的提高了刀具刃磨的算法靈活度，并實(shí)現(xiàn)加工中心操作人員和刀具設(shè)計(jì)人員之間的交互連接，很好的提高了刀具刃磨機(jī)床的靈活性，實(shí)用性和易操作性。目前,該系統(tǒng)已在相關(guān)企業(yè)實(shí)際投入使用，客戶反映較好。
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