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双头叶片电解加工机床人机界面的二次开发

2019-01-18吴昌建 王福元

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介绍了双头叶片电解加工机床的基本工作原理,设计出一套叶片加工机床的工作流程。利用Operator Programming Package编程包开发出一套人机界面,扩展了叶片加工机床的功能。

0 引言

    随着数控技术的进步,机床向着智能化、自动化以及多样化方向发展。各类新型机床不断涌现,有很多使用的是国外的数控系统,且绝大多数数控系统都没有中文操作界面,然而国内外机床的操作习惯有很大的不同,所以通用的机床界面已不能满足生产加工要求。为了满足用户的不同需求,使机床的使用更为高效便捷,扩展通用机床界面的功能是非常有必要的。因此需要开发出友好的且适合不同机床加工生产的人机界面,以提高生产工作效率。

1 机床介绍

    西门子840Dsl数控系统是西门子公司推出的一款开放式数控系统,具有很高的灵活性和动态响应能力。本次介绍的机床是基于西门子840Dsl数控系统,设计成卧式双头进给方式加工的叶片电解加工机床。该机床主要用于加工航空发动机中的叶片,所以对精度的要求比较高。机床的两个阴极工具设计成加工面的形状,加工时工件用专用夹具固定,机床两个阴极工具同时向工件进给,通过电解液导电使阳极工件发生电化学溶解,从而使工件成型。双头进给加工方式可以减少叶片加工工序,对叶片加工精度的提升有很大的帮助。

2 机床工作过程

    根据机床工作原理设计出叶片电解加工机床工作流程,如图1所示。

机床工作流程图

图1  机床工作流程图

3 开发环境及软件介绍

    本次界面开发选择的是Operator Programming Package编程包。该软件具有一种以组件为导向的架构。组件分为两大类:GUI组件和HMI服务。其中GUI组件是一种图形化的用户界面,用于实现用户与系统之间的互动。HMI服务是一种功能组件,用于实现图形界面基本功能以及将系统集成到自动化过程中。此软件包支持在Windows系统及Linux平台开发界面,功能全面,嵌入性好。界面的开发基于vc++语言,visual basic用于编辑OA工具,QT Designer用于图形化设计界面,HMI用于调试设计好的人机界面。

4 人机界面的开发

    4.1 人机界面开发的总体设计思路

    使用Operator Programming Package编程包开发的人机界面要保证层次清晰,功能齐全,方便引导操作人员进行操作。要开发什么样的界面,实现什么样的功能是设计的关键。人机界面的总体设计思路如图2所示。

人机界面的开发思路图

图2  人机界面的开发思路图

    4.2 人机界面实现的功能分类

    根据叶片加工机床实现的功能,初步确定设计的几个界面:参数设置界面、机床界面(手动加工界面、单头加工界面、双头加工界面)、报警界面以及帮助界面。各界面实现的功能如图3所示。

人机界面功能图

图3  人机界面功能图

    (1)参数模块:主要用于设定电源参数、电解液参数以及机床进给参数,如加工电压、电流限流、温度、转点位置等。

    (2)机床模块:可以执行加工程序,控制加工的启停,实现机床加工过程中的参数以及机床状态的实时监测。

    (3)报警模块:当机床运行出现故障时,系统会自动记录诊断信息(时间、状态、编号),并显示在界面中。

    (4)帮助模块:将在线帮助集成到系统当中,可访问帮助手册,并可通过关键词索引。

    4.3 界面设计

    在设计界面的过程中,首先要配置系统文件,通过Operator向导配置用户界面,创建好项目后,对界面菜单软键进行编辑定义,使用菜单软键上的NAVIGATION函数调用Screen类,实现屏幕间的切换。然后在.xml文件中对Screen类进行定义,使一个Screen类对应一个Form类。接下来就可以使用编程包中的QT软件对Form类中的Ui文件进行编辑,利用QT中信号和槽函数的机制,把不同对象绑定在一起,设计出所需要的界面。下面介绍部分设计界面。

    4.3.1 参数界面

    机床参数在加工生产中起着至关重要的作用,所以在加工时对参数的监控是十分必要的。图4所示为叶片加工机床的参数设定界面,主要包括电源参数设置、进给参数设置以及电解液参数设置。

参数设定界面

图4  参数设定界面

    4.3.2 机床界面

    针对机床的加工模式,把机床界面设计为3个子界面,分别为手动加工界面(图5)、单头加工界面(图6)、双头加工界面(图7)。这3个界面都是由加工状态栏和按键组成的。左右两轴在加工时,加工状态栏中显示机床加工参数和机床的状态信息。机床的三个状态信息由状态显示灯表示,绿灯为工作状态,红灯为停止或异常状态。按键用来执行程序命令。

手动加工界面

图5  手动加工界面

    4.4 与NC/PLC通信

    设计完界面后,要真正实现人机界面的嵌入、读写变量及调用程序,必须要在生成的.cpp文件中对界面中的各个对象进行定义。为实现参数的读取与写入,要调用CAP服务中的SIQCap类,采用异步调用多个变量的方式进行数据寻址。在异步调用时,SIQCap类的对象会在任务完成后利用“Qt的信号与槽机制”发送信号。

    要实现程序的调用,必须在.cpp文件中设置PIService来启用程序实例服务。首先创建并填写4个含有PI服务参数设置的字符串,然后创建PIService对象,将PI服务的参数数组传递给构造函数,最后启用PI指令,使用Start()函数触发PI服务。

单头加工界面

图6  单头加工界面

双头加工界面

图7  双头加工界面

    在完成上述过程后就可以将界面集成后嵌入到数控系统内,实现整个系统的运行。

5 结语

    本文设计了叶片电解加工机床的工作流程,并据此应用Operator Programming Package编程包对其界面进行二次开发,扩展了叶片加工机床的功能。此界面布局合理,操作简便,极大地提高了生产效率。通过对该软件的应用发现此功能开发界面操作简单,能够在PC端直接进行设计,有着极好的嵌入性,对机床的现场调试及界面优化设计有着很大的意义。

责任编辑:邓忠帅
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