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基于 SYNTEC 的大型螺旋錐齒輪專用數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面設(shè)計(jì)
2017-12-5 來源： 沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 作者：田國富，張西棟，任仲偉，宋江波，唐媛媛
摘 要: 利用新代數(shù)控系統(tǒng) － 10B 提供的 e HMI 開發(fā)工具，通過建立專案并且在專案上添加畫面檔以及功能鍵( Fenubar) 的方法，對弧齒螺旋錐齒輪數(shù)控加工參數(shù)輸入進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)。將齒輪加工所需要的各種參數(shù)信息通過不同元件的形式添加在畫面檔上。根據(jù)畫面檔內(nèi)容，相應(yīng)地客制功能鍵的動(dòng)作，將畫面檔與功能鍵鏈接在一起。利用 e HMI 的測試仿真模塊進(jìn)行仿真模擬，實(shí)現(xiàn)了利用功能鍵操控畫面檔的切換以及相應(yīng)參數(shù)輸入的功能。對新代數(shù)控系統(tǒng)的客制工作為后續(xù)相關(guān)研究工作奠定了一定的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞: 新代數(shù)控系統(tǒng); 螺旋錐齒輪; 畫面檔; 測試仿真
0 前言
齒輪在整個(gè)機(jī)械行業(yè)中占有舉足輕重的地位，是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)件［1］。在相交軸傳動(dòng)中，弧齒錐齒輪具有承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)、對安裝誤差的敏感性小以及傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此弧齒錐齒輪的數(shù)控加工得到工程技 術(shù)人員的重視［2］。
弧齒錐齒輪的數(shù)控加工程序編制復(fù)雜，而且編程語言抽象; 為了滿足不同規(guī)格螺旋錐齒輪的數(shù)控加工要求而進(jìn)行的參數(shù)化編程是以友好的參數(shù)化輸入 界面———人 機(jī)界面 ( Human Ma-chine Interface，HMI) 為基礎(chǔ)的。
人機(jī)界面是用戶與機(jī)床互相傳遞信息的媒介，用來實(shí)現(xiàn)信息的輸入和輸出［3］。數(shù)控系統(tǒng)操作界面的友好與否直接影響到數(shù)控編程的效率，甚至影響到整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的戶認(rèn)可度［4］。
沈陽工業(yè)大學(xué)為了滿足螺旋錐齒輪數(shù)控加工機(jī)床的開發(fā)需要，引進(jìn)了臺灣新代科技股份有限公司研發(fā)的 SYNTEC-10B數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的開放性，可以利用系統(tǒng)自帶軟件開發(fā)包，對螺旋錐齒輪數(shù)控加工所需的各級參數(shù)輸入界面進(jìn)行相關(guān)客制，形成一個(gè)完備的界面系統(tǒng)，為后期參數(shù)化編程工作打下良好基礎(chǔ)。
1 、軟件工具
對新代數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)需要登錄新代科技的官方網(wǎng)站，下載 win32 相關(guān)軟件: ( 1) Win-dows Update; ( 2 ) Lad Edit _ 2. 13. 0. msi; ( 3 )Macro Dev 軟件; ( 4) 銑床 Win32 軟件。
特別注意四個(gè)軟件需要按照編碼順序依次安裝，否則會(huì)出現(xiàn)兼容性問題［5］。安裝完之后，相關(guān)的開發(fā)客制軟件即可在通用 PC 上運(yùn)行，操作環(huán)境為 win-dows2000 / XP /7。SYNTEC 系統(tǒng)內(nèi)部的 e HMI 是一款更直覺、更簡易編輯控制面板人機(jī)接口的開發(fā)工具，通過直接點(diǎn)選和表格輸入的方式，使用戶免除繁雜的程序編寫過程，取而代之的是更簡易、更有效、更人性化的操作接口［6 － 7］。
將 e HMI 開發(fā)軟件用于參數(shù)化編程中所需相關(guān)界面的客制工作，可以提高數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)的效率，優(yōu)化數(shù)控編程加工過程中的人機(jī)交互性。
2 、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
機(jī)床的加工對象是弧齒錐齒輪，所以根據(jù)項(xiàng)目開發(fā)要求，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法［8］，對弧齒錐齒輪加工的人機(jī)界面作開發(fā)。圖 1 是弧齒錐齒輪加工機(jī)床人機(jī)界面工作流程，首先是選擇齒制，進(jìn)入弧齒錐齒輪的參數(shù)輸入界面，然后通過底部相應(yīng)的功能鍵進(jìn)入齒輪參數(shù)輸入界面、工藝參數(shù)輸入界面以及刀具參數(shù)輸入界面的各級子菜單，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)的輸入。
通過參數(shù)檢查模塊的自檢，如果有錯(cuò)誤參數(shù)，返回參數(shù)輸入界面進(jìn)行參數(shù)的修改; 如果無誤，則進(jìn)入仿真加工模塊。在仿真過程中如果出現(xiàn)刀具與工件的干涉等錯(cuò)誤，則返回參數(shù)輸入界面進(jìn)行參數(shù)的修改，直至錯(cuò)誤消除，進(jìn)入數(shù)控加工過程，最后退出程序，，完成加工。
圖 1 弧齒錐齒輪加工機(jī)床人機(jī)界面工作流程
3 、主要界面的客制
新代數(shù)控系統(tǒng)的客制過程包括畫面檔與功能鍵的設(shè)計(jì)、畫面檔與相應(yīng)功能鍵的鏈接以及安裝文件的封裝。圖 2 是新代數(shù)控系統(tǒng) SYNTEC －10B 開機(jī)運(yùn)行的的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面［5］，為了保證原系統(tǒng)的完整性以及客制后系統(tǒng)維護(hù)的便利性，需要在標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的操作［9］。相關(guān)界面的客制是在 e HMI 中完成的，圖 3 是e HMI
主畫面，由工具列、工作區(qū)、畫面檔總管 /功能鍵總管、屬性框、狀態(tài)列組成［7］。
圖 2 新代數(shù)控系統(tǒng) SYNTEC － 10B 標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面
3. 1 專案的建立
人機(jī)界面由多個(gè)功能鍵( fenubar) 、畫面檔( browser) 、圖片檔、多國語言檔組成，而且 e H-MI 會(huì)自動(dòng)幫助編輯者管理這些檔案。大量的界面客制過程表明，通過新增專案的方式，添加畫面檔和功能鍵來實(shí)現(xiàn)界面的客制，更易于一般編輯人員接受［10］。
圖 3 e HMI 主畫面
選擇“檔案→新增→專案”，然后在彈出的對話框中指定要使用的專案名稱與存儲位置，點(diǎn)擊確定。此時(shí)根據(jù)彈出提示，點(diǎn)選要加載標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)的 OCＲes 文件的位置，進(jìn)入新的專案，e HMI將自動(dòng)加載 \ OCＲes \ Common 下的 Cnc Fenu. xml( 默認(rèn)功能鍵名稱) 與 Syntec Param. xml( 默認(rèn)參數(shù)檔名稱) ，以及 \ OCＲes \ Common \ App Data 下所有畫面檔，該操作的目的是保證原系統(tǒng)的完整性，便于后續(xù)畫面檔 和功能 鍵的 客制 文 件管理。
3. 2 畫面檔的客制
人機(jī)界面大致分為兩部分，一個(gè)是基礎(chǔ)底層畫面，一個(gè)是實(shí)際在切換的區(qū)塊上的畫面，其中“基礎(chǔ)底層畫面”是由 \ OCＲes Dir \ Common \App Data \ Backgnd. xml 的檔案所定義的［7］。需要對實(shí)際切換的區(qū)塊上的畫面進(jìn)行客制，在畫面檔總管 區(qū)右 鍵點(diǎn)選“App Data → 加 入 新 畫 面 檔 N) ”，在彈出的對話框上填寫畫面檔大小值，“名稱”一欄不識別中文字符，然后在這個(gè)空畫面檔上面添加自己所需要的元件。
首先為空畫面檔添加一個(gè)基底面板，具體操作為: 點(diǎn)選“元件-元件盤( Panel) ”，設(shè)置該元件盤為最底層。以“齒制選擇”顯示元件為例，介紹普通顯示元件的添加過程，在元件盤上添加“標(biāo)記”顯示元件，點(diǎn)選“元件→標(biāo)記”，在工作區(qū)的元件盤上按住左鍵拉出“標(biāo)記”元件，然后雙擊該元件，通過圖 4 所示的元件設(shè)定對話框?qū)ζ涑叽绱笮 ⒚Q標(biāo)題、字體顏色以及字體大小等屬性進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)該畫面檔設(shè)置完畢后，可以通過點(diǎn)選“測試→測試畫面檔”來進(jìn)行畫面檔客制效果的檢驗(yàn)。其他畫面檔顯示元件的添加過程與此類似，不再贅述。
圖 4 元件設(shè)定對話框
3. 3 功能鍵的客制
一個(gè)功能鍵由一個(gè)以上的按鍵列( fenu) 組合而成。功能鍵的客制是在主功能鍵的基礎(chǔ)上，通過啟用某一個(gè)閑置功能鍵按鈕，將該按鈕的動(dòng)作鏈接至之前客制好的畫面檔。如“齒制選擇”功能鍵的客制及與相應(yīng)畫面檔的鏈接過程。在功能鍵總管區(qū)右鍵單擊點(diǎn)選“Cnc Fenu5.xml→新增按鍵列( F) ”，在彈出的對話框中鍵入新增按鍵列的名稱“chizhixuanze”后點(diǎn)擊確認(rèn)，然后生成一個(gè)按鍵列，雙擊“F1”按鈕，彈出如圖 5 所示的 F1 快捷鍵設(shè)置對話框，對該快捷鍵的標(biāo)題設(shè)置為“弧齒”，將“連接”引導(dǎo)至已經(jīng)客制好的次級功能鍵“huchicanshushuru”。點(diǎn)擊“不受密碼保護(hù)的動(dòng)作”，彈出動(dòng)作設(shè)置對話框，將功能選項(xiàng)總表中的“切換至客制界面”功能添加到 Action List 里面，最后在右下角輸入已經(jīng)客制好的畫面檔名稱“HCZCLcanshushurujiemian”，點(diǎn)擊“OK”，完成添加。
其他功能鍵的客制以及功能鍵與畫面檔之間的鏈接過程與“齒制選擇”的客制過程相似。
4 、界面系統(tǒng)的測試 與界面的層級關(guān)系
4. 1 界面系統(tǒng)的測試
e HMI 開發(fā)包具有測試仿真的功能，測試分為測試專案、測試畫面檔、測試功能鍵、人機(jī)實(shí)測［6］。如選擇“測試→人機(jī)實(shí)測→利用本專案OCＲes 測試”，測試系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)客制好的畫面檔與功能鍵進(jìn)行模擬仿真。圖 6 是參數(shù)輸入總界面，圖 7 是齒輪參數(shù)的輸入界面。
圖 5 F1 快捷鍵設(shè)置對話框
圖 6 參數(shù)輸入總界面
圖 7 齒輪參數(shù)輸入界面
4. 2 界面層級關(guān)系
客制的整個(gè)界面是一個(gè)畫面系統(tǒng)，為了便于分析各級界面之間的從屬關(guān)系以及直觀的了解畫面檔內(nèi)容，繪制層級關(guān)系框圖，如圖 8 所示。
圖 8 界面層級關(guān)系框圖
5 、多軸群顯示設(shè)計(jì)
用于螺旋錐齒輪加工的是多軸系統(tǒng)機(jī)床，在多軸系統(tǒng)中通常需要將 $ 1( 第一軸群) 、 $ 2( 第二軸群) 設(shè)置為按照軸群設(shè)定來顯示坐標(biāo)內(nèi)容，如 $ 1 的 XYZC 顯示在 $ 1 的坐標(biāo)組件中， $ 2的 AB 顯示在 $ 2 的坐標(biāo)組件中，這樣顯示符合用戶的使用習(xí)慣，也容易辨認(rèn)軸與軸群的關(guān)系。圖 9 為主界面軸群分布圖。
圖 9 主界面軸群分布圖
首先對相應(yīng)的配置文件進(jìn)行提取: OCＲes \Common \ App Data \ Pos Coord. xml，然 后對該文件進(jìn)行配置。編程語言如下:
6 、專案的封裝
在專案模式下客制完成的畫面檔與功能鍵需要打包封裝，生成安裝包，復(fù)制到相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)文件夾下，通過更新系統(tǒng)的方式，將客制部分內(nèi)嵌到原系統(tǒng)中，方可正常運(yùn)行［7］。首先點(diǎn)選“工具→檢查記憶體是否重復(fù)→檢查檔案 \ 專案”，對專案的建立位置與專案參數(shù)進(jìn)行檢查，在確保無誤的情況下，點(diǎn)選“工具→建立安裝檔→打包專案”，將該專案下的所有檔案資料壓縮成一個(gè) Zip 類型的安裝檔，將此安裝檔復(fù)制 到 標(biāo) 準(zhǔn) 人 機(jī) 磁 盤 中，然 后 在 標(biāo) 準(zhǔn) 人 機(jī)( CNCMon) 中升級即可［7］。
7 、結(jié)論
本文在對弧齒螺旋錐齒輪數(shù)控加工過程所需工藝參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，客制出了所需畫面檔以及功能鍵。通過對功能鍵與畫面檔相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，將客制的所有畫面檔與功能鍵整合為一個(gè)完整的界面系統(tǒng)，然后借助 e HMI 的測試功能，對該界面系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試，測試結(jié)果滿足了設(shè)計(jì)要求。
通過編程，對坐標(biāo)組件主軸群的坐標(biāo)顯示進(jìn)行了設(shè)計(jì)，滿足了用戶的使用習(xí)慣。該界面客制過程為臺灣新代數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)客制工作提供了參考，為數(shù)控系統(tǒng)的后續(xù)客制提供了一個(gè)平臺和基礎(chǔ)。
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