西门子写文件功能在加工中心上的应用

■宝鸡吉利发动机有限公司 （陕西宝鸡 721306） 姜永军 王 军 秦 亮

■浙江吉利罗佑发动机有限公司 （浙江宁波 315800） 羊 奎 王瑞平

从加工现场的实际需要出发，主要围绕西门子NC高级编程I/O功能中的写文件WRITE指令，分三个不同写文件模块展开论述。如图1所示为西门子840Dsl数控系统虚拟机操作面板。程序编写、测试、开发阶段在虚拟机上完成，之后导入数控机床进行验证。

1. 西门子写文件功能简介

西门子828D、840Dsl均具有写入文件的功能，使用WRITE指令可将零件程序中的段落或数据写入到指定文件（日志文件）的末尾，或写入到正在执行的零件程序中。

图1 西门子数控系统虚拟机操作面板

如果需要使用WRITE指令的文件或文件路径不存在，则应在NC内存中新建该文件或文件夹，并将该文件存放在静态NC存储器中，在SINUMERIK 840Dsl上，存储器为CF卡。

如果硬盘中有一个相同名称的文件，则文件在NC中将会被覆盖。只有设置了保护权限后，才不会被覆盖。文件设置的保护等级必须不低于文件的WRITE权限等级，否则系统会拒绝访问并显示错误提示信息，出错变量的返回值为13。

2. WRITE功能的使用方法

（1）利用写文件功能生成新的NC程序块 曲轴的外观模型如图2所示；曲轴上连杆颈的外铣模型及加工原理如图3所示。

1）连杆颈外铣原理：由图3可知，外铣刀盘以O2为圆心高速回转，同时沿着x轴根据连杆颈的旋转做往复运动，曲轴以主轴颈圆心O1为圆心旋转，这样就保证了外铣刀盘时刻与连杆颈相切，并且切点（Xt，Yt）是不断变化的，这就是外铣的基本原理。

图2 曲轴的外观模型

图3 曲轴连杆颈外铣加工原理

一般曲轴有3～6个连杆颈，每当一个连杆颈铣削完成后，x轴退刀，z轴横向移动，开始外铣下一个连杆颈，直至所有连杆颈外铣完毕。从图3可看出，曲轴连杆颈外铣的主要参数包括：曲轴连杆颈的偏心距b，连杆颈的半径rw，外铣刀盘的半径rs，曲轴的旋转角度α，连杆颈和外铣刀盘的中心连线与x轴的夹角β。

因此要想在随动外铣的理念下完成对曲轴连杆颈的外铣加工，应该在几何条件的约束下，在任意外铣位置建立曲轴旋转C轴的转角方程与外铣刀盘在x轴的位移方程。

2）数学模型的建立：采用外铣方式加工连杆颈，需要按照一定的运动模型进行加工，才能保证曲轴连杆颈的加工精度，加工完成后，再采用一定的补偿策略，进行连杆颈的圆度补偿。

在连杆颈的铣削过程中，必须保证连杆颈时刻与盘刀相切，这就要求连杆颈绕主轴颈中心旋转时，外铣刀盘在x轴方向做配合连杆颈旋转的往复运动，同时外铣刀盘自身高速回转，切点坐标轨迹方程如下：

用X表示O1O2的距离，则盘刀中心O2的运动方程如下：

3）加工程序的实现：编写用于生成外铣点的加工程序，程序名称为WRITE_PRG.MPF，其中FOLLOWPOINT.MPF是由WRITE_PRG程序自动执行后自动生成的，FOLLOWPOINT.MPF自动生成的随动点程序如图4所示。在WRITE_PRG.MPF程序使用之前，需要定义程序中所要使用的全局变量，全局变量的定义文件为UGUD.DEF，详细内容如图5所示。

WRITE_PRG程序定义了字符串变量EACH_LINE，定义规则为DEF STRING[80] EACH_LI N E，字符串长度为80，字符串名称为EACH_LINE。WRITE文件写入之前，首先需要删除旧文件，并指定文件的输出路径，紧接着一行一行写入，之后由循环赋值语句实现当曲轴回转一周时，连杆颈随动耦合数据写入，按照角度增加1°，数组逐行加一的方式 ，完成随动程序的写入和输出。WRITE_P R G 程序块的的顺序执行过程如图6所示；WRITE_PRG程序块中语句如图7所示；自动生成的FOLLOWPOINT程序及其程序内容如图8所示。

以WRITE(ERROR,”/_N_MPF_DIR/_N_FOLLOWPOINT_MPF”,”; MSG”<<”(“<<”Start Milling!!!”<<”)”)为例简述 WRITE函数的变量及内容，其中ERROR为写文件时的错误代号，返回值为INT型，可以指导用户第一时间查找到错误报警的原因，“_N_MPF_DIR/_N_FOLLOWPOINT_MPF”为文件的写入路径，“<<”为字符串连接符，可以将不同的字符串连接起来，如下列语句所示：

图4 WRITE_PRG程序块

图5 全局变量定义UGUD.DEF

图6 WRITE_PRG程序执行过程

图7 WRITE_PRG程序块中语句

EACH_LINE=”G01”<<” “<<”C”<

WRITE(ERROR,”/_N_MPF_DIR/_N_FOLLOWPOINT_MPF”,EACH_LINE)

EACH_LINE首先将一个个字符串连接起来，之后统一写入文件FOLLOWPOINT，其中C_ANGLE、X_MOV_DIS[C_ANGLE]、F_FEED[C_ANGLE]为F O R循环执行后计算出的数值，数据类型为实数。WRITE写出来的具体结果为：

通过执行程序WRITE_PRG产生输出，输出的程序为FOLLOWPOINT.MPF，可以供其他主程序进行外部调用，避免了程序边运行边计算的缺点，程序一次运算完成，运行时直接进行数据读取和走位，提高了数控程序的执行速度。

（2）利用写文件功能可以输出日志文件 将机床需要记录的R参数或G U D参数直接记录下来，供用户分析现场机床的工件坐标系修正数据、温度补偿数据、尺寸补偿数据和探针补偿数据等。使用WRITE_PARAMETER时需要注意以下几个方面。

1）写出参数时，一般需要记录参数对应的当前日期和时间，此处使用了西门子编程系统时间变量$A_YEAR、$A_MONTH、$A_DAY、$A_HOUR、$A_MINUTE和$A_SECOND进行编写。

2）WRITE 在写文件或WRITE_PARAMTER执行时，当写文件发生错误，对错误代号需要进行判断和处理，程序中需要增加判断和跳转，如下所示：

MSG(“ERROR 1: PATH NOT ALLOWED”)

MSG(“ERROR 2: PATH NOT FOUND”)

MSG(“ERROR 3: FILE NOT FOUND”)

MSG(“ERROR 4: INCORRECT FILETYPE”)

MSG(“ERROR 10: FILEIS FULL”)

MSG(“ERROR 11: FILE IS IN USE”)

MSG(“ERROR 12: NO MORE RESOURCES AVAILABLE”)

3）每次写文件的最大字节数必须进行限制，否则NC内存会溢出，利用参数MD11420进行设置。

4）写文件时需处理文件名称，用时间级联文件名称形成最终的文件输出名称：

LOG_DATE 1=”/_N_W K S_DIR/_N__TABLE_WPD/_N_RECORD_VALUE” LOG_DATE 1=LOG_DATE1<<”_”<<_YEAR<<”_”<<_MONTH<<”_”<< _DAY ;The Last File Name

5）按照写入R参数的方法，也可将G U D参数写入文件中，只需要将R参数名称更换为GUD（全局变量）名称即可。

WRITE进行R参数的写入如图9所示；自动生成的RECORD_VALUE_2018_02_24程序目录如图10所示。

（3）利用写文件功能记录加工时间 利用写文件功能可以记录加工的详细节拍，进行加工节拍的优化，并详细输出每把刀具的加工时间。

WRITE_TOOLTIME主要使用了西门子系统计时器功能，$AC_TIMER[1]和$AC_TIMER[2]。程序执行一开始对计时器变量$AC_TIMER[1]、$AC_TIMER[2]进行外部清零，其中$AC_TIMER[1]、$AC_TIMER[2]、TIME_COMPLETE存放的是以秒为单位的计时整型数据。

对于单独一把刀具的加工，其加工时间一般＜1m i n，所以将$AC_TIMER[2]直接赋值给当前刀具的加工时间，$T C_T P2存放刀具名，为字符串类型，$TC_TP2[$TC_MPP6[9998,1]]存放当前主轴上的刀具名称，例如T08，代表加工的第8把刀具的名称，之后会把第8把刀的加工时间进行记录和串联。

第8把刀记录完成后，会把计时器2清零，$AC_TIMER[2]=0，之后开始下一把刀具加工时间的记录，$AC_TIMER[1]记录总的加工时间。但是在写文件进行输出时，会将TIME_COMPLETE记录的秒转换为分钟进行显示和输出，其中TIME_COMPLETE_H E L P1存储的是分钟，T I M E_COMPLETE_HELP2存储的是秒。西门子数控编程指令中，TRUNC是指去除小数点之后的位数，进行数据的取整。WRITE_TOOLTIME详细程序如下：

TIME_COMPLETE=$AC_TIMER[1]

TIME_ COMPLETE_HELP 1=TIME_COMPLETE/60 TIME_COMPLETE_HELP2=TIME_COMPLETE/60

图9 WRITE进行R参数的写入

图10 自动生成的RECORD_VALUE程序目录

TIME_COMPLETE_HELP1=TRUNC(TIME_COMPLETE/60)

TIME_COMPLETE_HELP2=TIME_COMPLETE_HELP2-TIME_COMPLETE_HELP1

TIME_COMPLETE_HELP2=TRUNC(TIME_COMPLETE_HELP2*60)

WRITE(ERROR1,LOG_FILE, “ / ” < < $TC_TP2[$TC_MPP6[9998,1]]<< TIME_COMPLETE_HELP 2<<”S” <<_YEAR<<_MONTH<<_DAY<<_HOU R<<_MINUTE<<_SECOND)

总之，通过主加工程序与WRITE_TOOLTIME程序块的配合，可以输出每把刀具的详细加工节拍和总的加工时间，这样可以更方便地进行N C程序的优化和刀具的优化，节拍的提升和优化将变得更加便捷。写文件的长度设置如图11所示，WRITE_TOOLTIME记录的加工时间显示如图12所示，WRITE_TOOLTIME与主加工程序的组合使用如图13所示。

3. 结语

图11 参数MD11420设置

图12 WRITE_TOOLTIME 记录的加工时间显示

图13 WRITE_TOOLTIME与主加工程序的组合使用

本文通过对西门子840Dsl写文件功能的研究及现场应用，实现了利用NC程序生成NC程序的方案，高效解决了程序边执行边计算的弊端；同时系统和机床的一些补偿参数如R参数、全局G U D变量等，也利用写文件的方式可输出为MPF或SPF文件格式，很方便地实现了补偿数据的输出，利用输出的补偿数据的一致性和统计性，可快速分析机床各项特性，更好地解决工件的加工质量问题和位置补偿问题；最后通过写文件功能与西门子计时器功能相结合，可精确地获得加工的节拍信息，同时获得每把刀具的加工时间，这样对每一个加工工位的TIME文件进行分析，就可看出哪把刀具是瓶颈刀具，进而对该把刀具进行更细化的节拍优化和提升，提升加工效率。

总之，西门子WRITE功能的这三个重要应用，在实际使用中具有重要意义，当发生问题后，利用这些程序模块可有效发现机床、夹具、刀具或探针测量的问题，为问题解决提供数据文件支撑，进而高效解决现场发动机零件的加工问题。