基于840Dsl數(shù)控加工中心刀具刃磨二次系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)
海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！當(dāng)前國內(nèi)加工中心刀具生產(chǎn)行業(yè)中，精工加工中心刀具刃磨加工中心的使用越來越廣泛。而精工加工中心刀具刃磨加工中心主要采購的是國外設(shè)備，設(shè)備的可操作性高，可實時圖形化監(jiān)控設(shè)備加工狀態(tài)，但是設(shè)備的價格高昂，維護費用高，設(shè)備的加工算法不能及時按照生產(chǎn)實際情況快速優(yōu)化和提高。國內(nèi)的精工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和精工系統(tǒng)，上位機上編寫加工界面，但是不能實時圖形化監(jiān)控設(shè)備加工狀態(tài)，操作性較低。針對于此種情況，本文提出在西門子840l>sl精工系統(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)計軟件工具開發(fā)專用精工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，并實現(xiàn)圖形模擬刀具算法計算調(diào)整后的刀具刃磨圖形顯示，實現(xiàn)操作加工中心操作人員與刀具設(shè)計人員之間交 互可見連接，并利用Qt可視編程中的信號槽機制建立了靈活的人機交互響應(yīng)程序，實現(xiàn)了二次系統(tǒng)對加工中心刀具加工過程的實時控制及后續(xù)的處理功能，極大地提高了精工加工中心刀具刃磨加工中心的靈活性，實用性和易操作性。1 H>1l二次系統(tǒng)的基本原理內(nèi)部IIMI與MX、PLC和驅(qū)動器之間的通訊是通過軟總線實現(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中用于實現(xiàn)系統(tǒng)與用戶即時互動的組件(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功能進行配置。對HMI服務(wù)的訪問都是通過一個接口實現(xiàn)的，而且始終是同_個接口。圖1西門子HMI二次系統(tǒng)原理示意圖西門子840Dsl精工系統(tǒng)針對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)。精工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算程序設(shè)計，當(dāng)前采用此種方式，使用Visual C++和Qt GUI圖形設(shè)計軟件編寫的應(yīng)用程序嵌入到HMIOperator中，并可通過提供的接口實現(xiàn)訪問NC/PLC變量、NC數(shù)據(jù)管理、算法的計算、輸出加工數(shù)據(jù)等諸多功能，同時為了便于系統(tǒng)的簡易操作，將NC加工程序的編程工作嵌入到HMI二次系統(tǒng)，實現(xiàn)用戶真正的加工參數(shù)輸入,系統(tǒng)自動編程和自動加工。2精工加工中心刀具刃磨二次系統(tǒng)的設(shè)計2.1精工加工中心刀具刃磨硬件系統(tǒng)組成精工加工中心刀具刃磨加工中心控制系統(tǒng)基于西門子84ODS10精工系統(tǒng)，以NCU710精工單元作為整個系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)配置獨立的智能可回饋電SLM電源模塊，主軸功率驅(qū)動模塊，雙軸進給功率驅(qū)動模塊，人機界面用PCU單元和MCP操作面板，分布式遠程10模塊，旋轉(zhuǎn)測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)動模塊,實現(xiàn)控制系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)的連接；(2) Ethernet:連接系統(tǒng)與人機界面用PCU單元和MCP操作面板模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)控制和監(jiān)控信息的人機交互；(3) Pr〇fibuS4)P:連接遠程10輸入輸出模塊，直線測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現(xiàn)。加工中心的整個加工都是在PCU單元中的二次人機操作系統(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)對工件進行加工。 2.2精工加工中心刀具刃磨軟件模塊設(shè)計精工加工中心刀具刃磨加工中心對于用戶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)置和輪廓曲線的計算全部放置在HMI二次系統(tǒng)中，并且能夠在系統(tǒng)中實時的監(jiān)控砂輪當(dāng)前計算得出的外部尺寸數(shù)據(jù)。在實際的設(shè)計中采用 Operator HMI Programming Package方式開發(fā)精工加工中心刀具刃磨二次系統(tǒng)。按照精工加工中心刀具刃磨算法設(shè)計和要求,將整個刃磨軟件系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計,以提高軟件系統(tǒng)的靈活性和后續(xù)的可擴展性，其系統(tǒng)的GUI圖形設(shè)計框架如圖3所示。在精工加工中心刀具刃磨二次系統(tǒng)實現(xiàn)上[5],使用了系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，報警服務(wù)接口，文件服務(wù)接口實現(xiàn)了 HMI二次系統(tǒng)讀寫精工系統(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算出最終的刃磨數(shù)據(jù),并實現(xiàn)自動編寫加工中心nc加工程序，實現(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易性和加工中心運行的安全性。HMI服務(wù)是通過信號和槽的響應(yīng)機制來實現(xiàn)參數(shù)的讀寫，砂輪輪廓數(shù)據(jù)的計算,以及系統(tǒng)報警信號的顯不。利用Sinumerik Operate—開發(fā)工具中提供的服務(wù)函數(shù)接口 connect 連接定義的動作信號和對動作信號響應(yīng)的執(zhí)行功能。在軟件的設(shè)計中，需要考慮軟件的運行效率和資源分配，在利用信號和槽響應(yīng)機制中，使用Hotliiik功能可以實現(xiàn)實時的監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)變換，但是會大量占用系統(tǒng)運行資源，因此在設(shè)計中需要對信號和槽響應(yīng)的設(shè)計中實時調(diào)整,以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。 圖5精工加工中心刀具刃磨控制軟件參數(shù)界面整個控制系統(tǒng)的信號槽響應(yīng)機制都是建立在對用戶目標(biāo)的了解上做出合理的響應(yīng)，對于算法中的參數(shù)的修改對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。對應(yīng)的參數(shù)的算法計算必須是人工信號響應(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)運行的安全性和高效性。3結(jié)束語針對當(dāng)前國內(nèi)精工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和精工系統(tǒng)，上位機上編寫加工界面，設(shè)備不能實時圖形化監(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精工系統(tǒng)采用Visual C++和Qt GUI設(shè)計實現(xiàn)精工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,將刀具刃磨算法模塊式嵌入到加工中心人機交互系統(tǒng)中，實現(xiàn)精工加工中心刀具刃磨的參數(shù)化自動化編程，并可實現(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，并實現(xiàn)加工中心操作人員和刀具設(shè)計人員之間的交互連接，很好的提高了刀具刃磨機床的靈活性，實用性和易操作性。目前,該系統(tǒng)已在相關(guān)企業(yè)實際投入使用，客戶反映較好。