数控磨齿机参数化编程软件开发

王会良，邓效忠

（1.西北工业大学 机电学院，西安 710072；2.河南科技大学 机电工程学院，洛阳 471003）

0 引言

随着科学技术的发展，齿轮在石油、航空、汽车等一些行业的应用越来越多，提高齿轮的精度等级，减小齿形和齿向误差是目前的关键任务[1]。是齿面淬硬后消除热处理变形,并进一步提高齿轮精度和改善齿面粗糙度的主要方法，目前仍以磨齿工艺为主。德国和美国先后研制出锥形砂轮磨齿机和成形砂轮磨齿机[2]。而成形法磨削，即将砂轮轴截面截形修整为与齿轮齿槽相适应的截面，进行成形磨削加工。其适用性强、加工对象种类多和齿轮修形灵活等特点，目前被广泛采用。国内以秦川机械发展有限公司开发的磨齿机受到了市场上的欢迎，其系统主要采用法国的NUM系统[3,4]。而以西门子840D系统开发的磨齿机在国内还没有形成产品，在工件的安装、对刀、加工以及系统的调试和维修过程中, 用户需要与系统进行大量的信息传递,参数化编程可以使操作工很方便的进行加工，而不必要对加工程序进行过多的了解。因此，基于840D系统的参数化编程对用户操作和提高生产效率具有一定的重要意义。

1 系统结构与开发平台

成形砂轮磨齿机共有6 个轴, 分别为径向X轴、切向Y 轴、轴向Z 轴、修整进给U 轴、砂轮旋转B轴和工件旋转C 轴,这些轴分别完成了工件磨削和砂轮修形的运动。其中砂轮旋转和金刚轮轴采用电主轴外，其余的全部采用西门子伺服轴，每根轴都装有西班牙FAGOR的直线（或圆）光栅尺，构成了全闭环控制系统。

SINUMERIK 840D 的数控单元被称作NCU（Numerical Control unit）单元。NCU 单元中集成SINUMERIK 840D 数控CPU 和SIMATIC PLC CPU 芯片，包括相应的数控软件和PLC 控制软件，并且带有MPI 或Prof i bus 接口，RS232 接口，手轮及测量接口，PCMCIA 卡插槽等。840D系统是一个开放的系统，允许用户将自己的专有技术加入到系统当中，额外提供更适合特殊应用的显示界面、更方便的操作方式和更简单的加工参数调整等功能，并使其与标准系统无缝连接，从而将一个通用的系统变成专家系统。所开发的成形砂轮磨齿机人机界面系统主要有参数设置模块、状态监控模块、在线测量模块和西门子标准界面模块组成，总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图

2 HMI界面开发过程

840D数控系统界面的二次开发，需要在PC机上安装HMI Programming Package开发包，安装完后，系统里会出现OEM文件夹，在该文件夹下建立一个bsp1的子文件夹，把子窗口列表文件bsp1.mdi和状态矩阵文件bsp1.zus拷到该文件夹下面。另外还需要建立集成界面的可执行文件bsp1.exe、语言动态文件 bsp1.dll、项目初始化文件bsp1.ini、程序管理器文件regie.ini、全局初始化文件mmc.ini和语言文本文件bsp1.rc等。开发包提供了顺序控制结构的应用框架兼容OEM应用程序，利用VB进行人机界面的设计，利用VC++创建语言动态链接库，最后按照顺序控制的要求把设计的界面嵌入840D系统中，软键等其他文本信息从语言动态链接库里提取[5]。具体步骤如下。

1）创建项目初始化文件bsp1.ini。用记事本编辑，其内容为：

[CONTROL]

MDIList=bsp1sp1.MDI

ControlFile=bsp1sp1.ZUS

初始化文件主要指定子窗口列表文件和状态矩阵文件所在的目录。该文件应位于OEM文件夹下。

2）创建子窗口列表文件bsp1.mdi。用记事本编辑，其内容为：

“OEM0” 1，//启动面

“OEM1” 1，//参数设置

“OEM2” 1，//状态监控

“OEM3” 1，//在线测量

该文件列举了四个窗口，根据需要，还可以扩展。OEM*是窗口的名称，后面的“1”表示窗体的一种类型，当点击其他窗体时，其上的数据将被删除，“//”后面为注释部分。该文件在OEMsp1下。

3）创建状态矩阵bsp1.zus。用记事本编辑，其内容为：

第一行中的[0]表示状态的号码，一个状态对应一个窗口或多个窗口，00分别表示水平软键和垂直软键的起始地址，“oem0”表示该状态显示的界面，“0”表示返回值，0表示标识符。第二行中的0表示第一个水平软键，0～7表示水平方向的8个软键，8～15表示垂直方向的8个软键，最后1列的参数1表示按下第1个水平软键时将要显示第1个状态。该文件在OEMsp1下。

4）创建可执行文件bsp1.exe。首先打开VB6.0软件，创建一个工程bsp1.vbp，添加OEM0～OEM3四个窗口，按照要求设计好这些窗口，在其属性栏caption、name、tag选项设置为oem*，并设置窗体代码：

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

以上设置完后，生成EXE文件bsp1.exe。该文件位于OEM文件夹下。

5）创建动态链接库bsp1.dll。事先建立一个源文件bsp1.rc，打开记事本，输入以下代码（部分）：

STRINGTABLE DISCARDABLE

BEGIN

0 ＂10 ＂

1 ＂100＂

2 ＂200＂

10 ＂参数设置＂

11 ＂状态监控＂

12 ＂在线测量＂

200 ＂齿轮参数＂

201 ＂ OEM1＂

END

其中“10”是水平软键的起始地址，“100”是垂直软键的起始地址，“200”对应对话框的文本等，10表示第一个状态的第一个水平软键文本，11表示第一个状态的第二个水平软键的文本。打开VC++6.0新建一个工程，根据bsp1.rc文件生成动态链接库bsp1.dll。该文件在OEMLANGUAGE下。

6）配置regie.ini文件。用记事本打开该文件，进行如下设置：

[TaskConf i guration]

Task7 = name := bsp1, Timeout := 60000

该文件在OEM文件夹下。

至此，HMI的二次开发已经完成，只要运行regie.exe文件就可以看到自己开发界面的效果了。

3 运行实例

在数控砂轮成形磨齿机上启动HMI后，在西门子标准HMI界面下按下第8个软键“磨削”后就进入了磨削的界面，如图2、图3所示。利用所设计的界面不仅能改变各种参数，而且还能监控机床的运行状态，执行在线测量等功能。操作者根据图纸要求，将要加工的齿轮参数比如齿数、模数、螺旋角和压力角等参数输入数值后，系统自动生成加工程序，不需要编制复杂的G指令加工程序，就能完成磨削和砂轮修形的控制。

图2 系统运行的主界面

图3 参数设置模块

4 结束语

西门子840D系统的开放性为磨齿机的发展提供了便利的条件，用户可以很方便的开发出适合自己的专用机床，封装了设备制造者的一些关键技术，提高了磨齿机知识产权的保护性。在基于参数化编程的界面下，根据磨削不同的零件，操作者只需修改不同的齿轮参数，系统自动生成加工程序，降低了编程人员的劳动强度。实践证明，经过开发的磨齿机专用数控系统界面简化了操作，提高了劳动生产效率。

[1] 文怀兴, 朱华杰.基于NUM的磨齿机数控系统的开发[J].制造业自动化, 2006(3): 56-57.

[2] 遇立基.磨齿工艺与磨齿机的技术发展概况[J].现代制造工程, 2008(2): 1-4.

[3] 刘浩波, 岑伟明, 龙合昌等.西门子数控系统840D人机界面的制作方法[J].机械与电子2011(4): 76-78.

[4] 陈顺红, 张桂香, 孔宇等.基于840D的凸轮轴磨床数控OEM软件的开发[J].制造技术与机床2008(3): 47-50.

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