基于SYNTEC的大型螺旋錐齒輪專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面設(shè)計(jì)
2016-9-21 來(lái)源：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 作者：田國(guó)富 張西棟 任仲偉 宋江波 唐媛媛
摘要：利用新代數(shù)控系統(tǒng)一10B提供的eHMI開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)建立專(zhuān)案并且在專(zhuān)案上添加畫(huà)面檔以及功能鍵(Fenubar)的方法，對(duì)弧齒螺旋錐齒輪數(shù)控加工參數(shù)輸入進(jìn)行了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。將齒輪加工所需要的各種參數(shù)信息通過(guò)不同元件的形式添加在畫(huà)面檔上。根據(jù)畫(huà)面檔內(nèi)容，相應(yīng)地客制功能鍵的動(dòng)作，將畫(huà)面檔與功能鍵鏈接在一起。利用eHMI的測(cè)試仿真模塊進(jìn)行仿真模擬，實(shí)現(xiàn)了利用功能鍵操控畫(huà)面檔的切換以及相應(yīng)參數(shù)輸入的功能。對(duì)新代數(shù)控系統(tǒng)的客制工作為后續(xù)相關(guān)研究工作奠定了一定的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：新代數(shù)控系統(tǒng)；螺旋錐齒輪；畫(huà)面檔；測(cè)試仿真
0、前言
齒輪在整個(gè)機(jī)械行業(yè)中占有舉足輕重的地位，是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)件‘11。在相交軸傳動(dòng)中，弧齒錐齒輪具有承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)、對(duì)安裝誤差的敏感性小以及傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此弧齒錐齒輪的數(shù)控加工得到工程技術(shù)人員的重視[2]。弧齒錐齒輪的數(shù)控加工程序編制復(fù)雜，而且編程語(yǔ)言抽象；為了滿(mǎn)足不同規(guī)格螺旋錐齒輪的數(shù)控加工要求而進(jìn)行的參數(shù)化編程是以友好的參數(shù)化輸入界面——人機(jī)界面(Human Ma—chine Interface，HMI)為基礎(chǔ)的。人機(jī)界面是用戶(hù)與機(jī)床互相傳遞信息的媒介，用來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的輸入和輸出[3]。數(shù)控系統(tǒng)操作界面的友好與否直接影響到數(shù)控編程的效率，甚至影響到整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的用戶(hù)認(rèn)可度[4]。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)為了滿(mǎn)足螺旋錐齒輪數(shù)控加工機(jī)床的開(kāi)發(fā)需要，引進(jìn)了臺(tái)灣新代科技股份有限公司研發(fā)的SYNTEC．10B數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性，可以利用系統(tǒng)自帶軟件開(kāi)發(fā)包，對(duì)螺旋錐齒輪數(shù)控加工所需的各級(jí)參數(shù)輸入界面進(jìn)行相關(guān)客制，形成一個(gè)完備的界面系統(tǒng)，為后期參數(shù)化編程工作打下良好基礎(chǔ)。
1、軟件工具
對(duì)新代數(shù)控系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)需要登錄新代科技的官方網(wǎng)站，下載win32相關(guān)軟件：(1)WindowsUpdate；(2)LadEdit一2．13．0．msi；(3)MacroDev軟件；(4)銑床Win32軟件。特別注意四個(gè)軟件需要按照編碼順序依次安裝，否則會(huì)出現(xiàn)兼容性問(wèn)題[5]。安裝完之后，相關(guān)的開(kāi)發(fā)客制軟件即可在通用PC上運(yùn)行，操作環(huán)境為windows2000／XP／7。
SYNTEC系統(tǒng)內(nèi)部的eHMI是一款更直覺(jué)、更簡(jiǎn)易編輯控制面板人機(jī)接口的開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)直接點(diǎn)選和表格輸入的方式，使用戶(hù)免除繁雜的程序編寫(xiě)過(guò)程，取而代之的是更簡(jiǎn)易、更有效、更人性化的操作接口[6-7]。將eHMI開(kāi)發(fā)軟件用于參數(shù)化編程中所需相關(guān)界面的客制工作，可以提高數(shù)控系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)的效率，優(yōu)化數(shù)控編程加工過(guò)程中的人機(jī)交互性。
2、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
機(jī)床的加工對(duì)象是弧齒錐齒輪，所以根據(jù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)要求，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法[8]，對(duì)弧齒錐齒輪加工的人機(jī)界面作開(kāi)發(fā)。圖1是弧齒錐齒輪加工機(jī)床人機(jī)界面工作流程，首先是選擇齒制，進(jìn)入弧齒錐齒輪的參數(shù)輸入界面，然后通過(guò)底部相應(yīng)的功能鍵進(jìn)入齒輪參數(shù)輸入界面、工藝參數(shù)輸入界面以及刀具參數(shù)輸人界面的各級(jí)子菜單，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)的輸入。通過(guò)參數(shù)檢查模塊的自檢，如果有錯(cuò)誤參數(shù)，返回參數(shù)輸人界面進(jìn)行參數(shù)的修改；如果無(wú)誤，則進(jìn)入仿真加工模塊。在仿真過(guò)程中如果出現(xiàn)刀具與工件的干涉等錯(cuò)誤，則返回參數(shù)輸入界面進(jìn)行參數(shù)的修改，直至錯(cuò)誤消除，進(jìn)人數(shù)控加工過(guò)程，最后退出程序，完成加工。
3、主要界面的客制
新代數(shù)控系統(tǒng)的客制過(guò)程包括畫(huà)面檔與功能鍵的設(shè)計(jì)、畫(huà)面檔與相應(yīng)功能鍵的鏈接以及安裝文件的封裝。圖2是新代數(shù)控系統(tǒng)SYNTEC一10B開(kāi)機(jī)運(yùn)行的的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面[5]，為了保證原系統(tǒng)的完整性以及客制后系統(tǒng)維護(hù)的便利性，需要在標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的操作[9]。相關(guān)界面的客制是在eHMI中完成的，圖3是eHMI主畫(huà)面，由工具列、工作區(qū)、畫(huà)面檔總管／功能鍵總管、屬性框、狀態(tài)列組成[7]。
圖2新代數(shù)控系統(tǒng)SYNTEC一10B標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面
3．1專(zhuān)案的建立
人機(jī)界面由多個(gè)功能鍵(fenubar)、畫(huà)面檔(browser)、圖片檔、多國(guó)語(yǔ)言檔組成，而且eH．MI會(huì)自動(dòng)幫助編輯者管理這些檔案。大量的界面客制過(guò)程表明，通過(guò)新增專(zhuān)案的方式，添加畫(huà)面檔和功能鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)界面的客制，更易于一般編輯人員接受¨引。
圖3 eHMI主畫(huà)面
選擇“檔案-+新增．+專(zhuān)案”，然后在彈出的對(duì)話(huà)框中指定要使用的專(zhuān)案名稱(chēng)與存儲(chǔ)位置，點(diǎn)擊確定。此時(shí)根據(jù)彈出提示，點(diǎn)選要加載標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)的OCRes文件的位置，進(jìn)入新的專(zhuān)案，eHMI將自動(dòng)加載＼OCRes＼Common下的CncFenu．xml(默認(rèn)功能鍵名稱(chēng))與SyntecParam．xml(默認(rèn)參數(shù)檔名稱(chēng))，以及＼OCRes＼Common＼AppData下所有畫(huà)面檔，該操作的目的是保證原系統(tǒng)的完整性，便于后續(xù)畫(huà)面檔和功能鍵的客制文件管理。
3．2畫(huà)面檔的客制
人機(jī)界面大致分為兩部分，一個(gè)是基礎(chǔ)底層畫(huà)面，一個(gè)是實(shí)際在切換的區(qū)塊上的畫(huà)面，其中“基礎(chǔ)底層畫(huà)面”是由、OCResDir＼Common＼AppData＼Backgnd．xml的檔案所定義的r71。需要對(duì)實(shí)際切換的區(qū)塊上的畫(huà)面進(jìn)行客制，在畫(huà)面檔總管區(qū)右鍵點(diǎn)選“AppData-+加入新畫(huà)面檔(N)”，在彈出的對(duì)話(huà)框上填寫(xiě)畫(huà)面檔大小值，“名稱(chēng)”一欄不識(shí)別中文字符，然后在這個(gè)空畫(huà)面檔上面添加自己所需要的元件。首先為空畫(huà)面檔添加一個(gè)基底面板，具體操作為：點(diǎn)選“元件_元件盤(pán)(Panel)”，設(shè)置該元件盤(pán)為最底層。以“齒制選擇”顯示元件為例，介紹普通顯示元件的添加過(guò)程，在元件盤(pán)上添加“標(biāo)記”顯示元件，點(diǎn)選“元件一標(biāo)記”，在工作區(qū)的元件盤(pán)上按住左鍵拉出“標(biāo)記”元件，然后雙擊該元件，通過(guò)圖4所示的元件設(shè)定對(duì)話(huà)框?qū)ζ涑叽绱笮 ⒚Q(chēng)標(biāo)題、字體顏色以及字體大小等屬性進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)該畫(huà)面檔設(shè)置完畢后，可以通過(guò)點(diǎn)選“測(cè)試_+測(cè)試畫(huà)面檔”來(lái)進(jìn)行畫(huà)面檔客制效果的檢驗(yàn)。其他畫(huà)面檔顯示元件的添加過(guò)程與此類(lèi)似，不再贅述。
圖4元件設(shè)定對(duì)話(huà)框
3．3功能鍵的客制
一個(gè)功能鍵由一個(gè)以上的按鍵列(fenu)組合而成。功能鍵的客制是在主功能鍵的基礎(chǔ)上，通過(guò)啟用某一個(gè)閑置功能鍵按鈕，將該按鈕的動(dòng)作鏈接至之前客制好的畫(huà)面檔。如“齒制選擇”功能鍵的客制及與相應(yīng)畫(huà)面檔的鏈接過(guò)程。
在功能鍵總管區(qū)右鍵單擊點(diǎn)選“CncFenu5．xml-÷新增按鍵列(F)”，在彈出的對(duì)話(huà)框中鍵入新增按鍵列的名稱(chēng)“chizhixuanze”后點(diǎn)擊確認(rèn)，然后生成一個(gè)按鍵列，雙擊“F1”按鈕，彈出如圖5所示的F1快捷鍵設(shè)置對(duì)話(huà)框，對(duì)該快捷鍵的標(biāo)題設(shè)置為“弧齒”，將“連接”引導(dǎo)至已經(jīng)客制好的次級(jí)功能鍵“huchicanshushuru”。點(diǎn)擊“不受密碼保護(hù)的動(dòng)作”，彈出動(dòng)作設(shè)置對(duì)話(huà)框，將功能選項(xiàng)總表中的“切換至客制界面”功能添加到Action List里面，最后在右下角輸入已經(jīng)客制好的畫(huà)面檔名稱(chēng)“HCZCLcanshushurujiemian”，點(diǎn)擊“OK”，完成添加。其他功能鍵的客制以及功能鍵與畫(huà)面檔之間的鏈接過(guò)程與“齒制選擇”的客制過(guò)程相似。
圖5F1快捷鍵設(shè)置對(duì)話(huà)框
4、界面系統(tǒng)的測(cè)試與界面的層級(jí)關(guān)系
4．1界面系統(tǒng)的測(cè)試
eHMI開(kāi)發(fā)包具有測(cè)試仿真的功能，測(cè)試分為測(cè)試專(zhuān)案、測(cè)試畫(huà)面檔、測(cè)試功能鍵、人機(jī)實(shí)測(cè)‘61。如選擇“測(cè)試一人機(jī)實(shí)測(cè)_利用本專(zhuān)案OCRes測(cè)試”，測(cè)試系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)客制好的畫(huà)面檔與功能鍵進(jìn)行模擬仿真。圖6是參數(shù)輸入總界面，圖7是齒輪參數(shù)的輸入界面。
圖6參數(shù)輸入總界面
圖7齒輪參數(shù)輸入界面
4．2界面層級(jí)關(guān)系
客制的整個(gè)界面是一個(gè)畫(huà)面系統(tǒng)，為了便于分析各級(jí)界面之間的從屬關(guān)系以及直觀的了解畫(huà)面檔內(nèi)容，繪制層級(jí)關(guān)系框圖，如圖8所示。
圖8界面層級(jí)關(guān)系框圖
5、多軸群顯示設(shè)計(jì)
用于螺旋錐齒輪加工的是多軸系統(tǒng)機(jī)床，在多軸系統(tǒng)中通常需要將$1(第一軸群)、$2(第二軸群)設(shè)置為按照軸群設(shè)定來(lái)顯示坐標(biāo)內(nèi)容，如$l的XYZC顯示在$1的坐標(biāo)組件中，$2的AB顯示在$2的坐標(biāo)組件中，這樣顯示符合用戶(hù)的使用習(xí)慣，也容易辨認(rèn)軸與軸群的關(guān)系。圖9為主界面軸群分布圖。
圖9主界面軸群分布圖
<Screen Type=”DotNetExtension”>
<!一一Machine coordinate layout一一>
機(jī)械坐標(biāo)。<CoordBox>
<PageSize>5<／PageSize>一頁(yè)顯示的軸
數(shù)目，默認(rèn)為5。
<AxisGroupSource>1<／AxisGroupSource>
設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為0。
<／CoordBox>
<!一一Relative coordinate layout一一>相
對(duì)坐標(biāo)<CoordBox>
<PageSize>5<／PageSize>一頁(yè)顯示的軸
數(shù)目，默認(rèn)為5。<AxisGroupSource>2<／Axis．
GroupSource>設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為0。
<／CoordBox>
<!一一Absolute coordinate layout一一>
絕對(duì)坐標(biāo)。<CoordBox>
<PageSize>5<／PageSize>一頁(yè)顯示的軸
數(shù)目，默認(rèn)為5。<AxisGroupSource>0<／Axis．
GroupSource>設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為0。
<／CoordBox>
<!一一Distance to Go coordinate layout一
一>剩余距離。
<CoordBox>
<PageSize>5<／PageSize>一頁(yè)顯示的軸
數(shù)目，默認(rèn)為5。<AxisGroupSource>0<／Axis．
GroupSource>設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為O。
<／CoordBox>
<／Screen>
6、專(zhuān)案的封裝
在專(zhuān)案模式下客制完成的畫(huà)面檔與功能鍵需要打包封裝，生成安裝包，復(fù)制到相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)文件夾下，通過(guò)更新系統(tǒng)的方式，將客制部分內(nèi)嵌到原系統(tǒng)中，方可正常運(yùn)行[7]。
首先點(diǎn)選“工具一檢查記憶體是否重復(fù)一檢查檔案＼專(zhuān)案”，對(duì)專(zhuān)案的建立位置與專(zhuān)案參數(shù)進(jìn)行檢查，在確保無(wú)誤的情況下，點(diǎn)選“工具一建立安裝檔_打包專(zhuān)案”，將該專(zhuān)案下的所有檔案資料壓縮成一個(gè)Zip類(lèi)型的安裝檔，將此安裝檔復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)磁盤(pán)中，然后在標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)(CNCMon)中升級(jí)即可‘[7]。
7、結(jié)論
本文在對(duì)弧齒螺旋錐齒輪數(shù)控加工過(guò)程所需工藝參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，客制出了所需畫(huà)面檔以及功能鍵。通過(guò)對(duì)功能鍵與畫(huà)面檔相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，將客制的所有畫(huà)面檔與功能鍵整合為一個(gè)完整的界面系統(tǒng)，然后借助eHMI的測(cè)試功能，對(duì)該界面系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。通過(guò)編程，對(duì)坐標(biāo)組件主軸群的坐標(biāo)顯示進(jìn)行了設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足了用戶(hù)的使用習(xí)慣。該界面客制過(guò)程為臺(tái)灣新代數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)客制工作提供了參考，為數(shù)控系統(tǒng)的后續(xù)客制提供了一個(gè)平臺(tái)和基礎(chǔ)。
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