基于840Dsl數控加工中心刀具刃磨二次系統設計和實現
海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！當前國內加工中心刀具生產行業中，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備，設備的可操作性高，可實時圖形化監控設備加工狀態，但是設備的價格高昂，維護費用高，設備的加工算法不能及時按照生產實際情況快速優化和提高。國內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，上位機上編寫加工界面，但是不能實時圖形化監控設備加工狀態，操作性較低。針對于此種情況，本文提出在西門子840l>sl精工系統提供的二次系統開發工具上，采用VisualC++和Qt GUI圖形設計軟件工具開發專用精工加工中心刀具刃磨加工中心用二次系統，將加工中心刀具刃磨算法實現參數化編程，給予客戶后續加工調整的豐富的靈活性，并實現圖形模擬刀具算法計算調整后的刀具刃磨圖形顯示，實現操作加工中心操作人員與刀具設計人員之間交 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程序，實現了二次系統對加工中心刀具加工過程的實時控制及后續的處理功能，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二次系統的基本原理內部IIMI與MX、PLC和驅動器之間的通訊是通過軟總線實現的，外部接入的IIMI通過通訊處理器(CP)來訪問系統內的NCkJK:和驅動器。其系統結構如圖1所示。SI\L:\.___1ERIK Operate具有一種以組件為導向的架構。組件可以分為兩大類1 :(.1:丨組件和丨IM[服務„其中，GUI組件是圖形化的用戶界面，是SINUMERIkOperate中用于實現系統與用戶即時互動的組件(HMI~GUI)。GUI組件和HMI服務可以靈活組合，構建用戶需要的HMI二次系統GUI組件及其需要使用的HMI服務要根據所需的HMI功能進行配置。對HMI服務的訪問都是通過一個接口實現的，而且始終是同_個接口。圖1西門子HMI二次系統原理示意圖西門子840Dsl精工系統針對operator的二次系統開發，提供了 Operator HMI Programming Package 編程軟件包方式適合開發復雜的二次用戶界面系統。精工加工中心刀具刃磨加工中心的二次系統需要考慮嵌入刀具加工計算程序設計，當前采用此種方式，使用Visual C++和Qt GUI圖形設計軟件編寫的應用程序嵌入到HMIOperator中，并可通過提供的接口實現訪問NC/PLC變量、NC數據管理、算法的計算、輸出加工數據等諸多功能，同時為了便于系統的簡易操作，將NC加工程序的編程工作嵌入到HMI二次系統，實現用戶真正的加工參數輸入,系統自動編程和自動加工。2精工加工中心刀具刃磨二次系統的設計2.1精工加工中心刀具刃磨硬件系統組成精工加工中心刀具刃磨加工中心控制系統基于西門子84ODS10精工系統，以NCU710精工單元作為整個系統的控制核心。系統配置獨立的智能可回饋電SLM電源模塊，主軸功率驅動模塊，雙軸進給功率驅動模塊，人機界面用PCU單元和MCP操作面板，分布式遠程10模塊，旋轉測量模塊以及氣閥集中控制模塊，其中二次系統開發是在PCU單元中完成。整個控制系統分成3層網絡連接結構，其結構示意如圖2所示。(1) DriveCLiQ:連接系統與S120電源模塊以及軸功率驅動模塊,實現控制系統與驅動系統的連接；(2) Ethernet:連接系統與人機界面用PCU單元和MCP操作面板模塊，實現系統控制和監控信息的人機交互；(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；系統的邏輯控制功能，諸如液壓系統控制、氣動系統控制、排屑等輔助設備由系統內部的PLC-317-2DPM可編程邏輯控制器實現。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中操作完成，設置當前加工中心的使用參數，包含當前加工中心刀具的參數，加工參數,計算轉換參數，模擬界面等，加工中心按照設置的參數對工件進行加工。 2.2精工加工中心刀具刃磨軟件模塊設計精工加工中心刀具刃磨加工中心對于用戶HMI二次系統的要求較高，需要將加工中心刀具磨削加工的參數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設置和輪廓曲線的計算全部放置在HMI二次系統中，并且能夠在系統中實時的監控砂輪當前計算得出的外部尺寸數據。在實際的設計中采用 Operator HMI Programming Package方式開發精工加工中心刀具刃磨二次系統。按照精工加工中心刀具刃磨算法設計和要求,將整個刃磨軟件系統進行模塊化設計,以提高軟件系統的靈活性和后續的可擴展性，其系統的GUI圖形設計框架如圖3所示。在精工加工中心刀具刃磨二次系統實現上[5],使用了系統提供的數據服務接口，報警服務接口，文件服務接口實現了 HMI二次系統讀寫精工系統內部的GUD用戶全局變量數據，加工工件的參數設置及加工參數設置的文件讀寫和保存，以及系統內部故障信息的讀取。其處理如圖4所示。HMI二次系統通過用戶設置的加工模式，加工參數和加工中心刀具參數，結合刀具刃磨算法模型計算出最終的刃磨數據,并實現自動編寫加工中心nc加工程序，實現HMI系統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服務是通過信號和槽的響應機制來實現參數的讀寫，砂輪輪廓數據的計算,以及系統報警信號的顯不。利用Sinumerik Operate—開發工具中提供的服務函數接口 connect 連接定義的動作信號和對動作信號響應的執行功能。在軟件的設計中，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機制中，使用Hotliiik功能可以實現實時的監控系統運行過程中的數據變換，但是會大量占用系統運行資源，因此在設計中需要對信號和槽響應的設計中實時調整,以實現系統的優化運行。 圖5精工加工中心刀具刃磨控制軟件參數界面整個控制系統的信號槽響應機制都是建立在對用戶目標的了解上做出合理的響應，對于算法中的參數的修改對刀具加工的影響將參數分為：立即響應型，刀具刃磨周期響應型,和重新刃磨響應型三種類型，具體參數設置如圖5所示0。對應的參數的算法計算必須是人工信號響應型，并且系統給出修改合理性判別提示和執行情況，極大的提高系統運行的安全性和高效性。3結束語針對當前國內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，上位機上編寫加工界面，設備不能實時圖形化監控設備加工狀態，加工算法靈活度和操作性較低，提出了基于西門子840Dsl精工系統采用Visual C++和Qt GUI設計實現精工加工中心刀具刃磨加工中心的HMI二次系統，采用模塊化程序設計,將刀具刃磨算法模塊式嵌入到加工中心人機交互系統中，實現精工加工中心刀具刃磨的參數化自動化編程，并可實現加工前的刀具結果圖形效果模擬，極大的提高了刀具刃磨的算法靈活度，并實現加工中心操作人員和刀具設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,該系統已在相關企業實際投入使用，客戶反映較好。