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       摘要：利用 Ｐｙｈｔｏｎ語言與海德漢數(shù)控系統(tǒng)提供的 Ｍ 功能與 ＴＮＣｏｐｔ、ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ系統(tǒng)軟件，通過建立 Ｍ 功能以及專家界面的方法對螺旋錐齒輪數(shù)控加工軟件進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計。齒輪加工所需要的各種機(jī)床參數(shù)經(jīng)ＴＮＣｏｐｔ軟件優(yōu)化后通過 Ｍ 功能得以實現(xiàn)。使用 Ｐｙｈｔｏｎ語言與第三方軟件實現(xiàn)了界面的修改及制作。
 
      關(guān)鍵詞：螺旋錐齒輪；海德漢數(shù)控系統(tǒng)；參數(shù)優(yōu)化
 
      ０ 引言
 
     螺旋錐齒輪是機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)件［１］，在機(jī) 械行 業(yè)中占有重要的地位，它具有承載能力高、傳動平穩(wěn)以及傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，螺旋錐齒輪及其數(shù)控加工技術(shù)得到了研究人員廣泛的重視［２］。螺旋錐齒輪數(shù)控加工程序編制復(fù)雜且某些特定功能需要用戶根據(jù)實際需求開發(fā)。本文根據(jù)本人參與的 ＧＣＭＴ２５００螺旋錐齒輪專用機(jī)床項目開發(fā)了專用的配套軟件。軟件主要包括數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化與實現(xiàn)和人機(jī)界面設(shè)計兩大部分。
 
      １、 開發(fā)專用機(jī)床軟件應(yīng)用的相關(guān)軟件
 
      開發(fā) ＧＣＭＴ２５００螺旋錐齒輪專 用 機(jī) 床 軟 件 所 使用的相關(guān) 軟 件 有：① 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化軟件 ＴＮＣｏｐｔ；②ＰＬＣ設(shè)計軟件 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ；③對應(yīng)版本的數(shù)控系統(tǒng)仿真軟件等。相關(guān)軟件安裝完之后即可在通用 ＰＣ上運(yùn)行，操作環(huán)境為 Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００／ＸＰ／９７。
 
      ＰｙｔｈｏｎＯＥＭ 程序選裝的是機(jī)床制造商提供的面向?qū)ο蟮目刂葡到y(tǒng)高級編程語言。由 Ｐｙｔｈｏｎ語言開發(fā)的程 序 可 以 通 過 熟 悉 的 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ 窗 口 導(dǎo) 入 到ＰＬＣ中，也可以顯示在單獨(dú)可用的窗口中或擴(kuò)展為全屏顯示。Ｐｙｔｈｏｎ語 法 清晰、模 塊 豐 富，支 持 跨 平 臺 運(yùn)行，可以提高數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)效率。
 
      ２ 、設(shè)備參數(shù)優(yōu)化與 Ｍ 功能管理
 
      ２．１ 設(shè)備參數(shù)優(yōu)化
 
      ＴＮＣｏｐｔ是一款用于海德漢數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試、優(yōu)化、診斷的系統(tǒng)軟件［３］。圖１為海德漢數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動控制原理圖。通常設(shè)備參數(shù)優(yōu)化順序依次為電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。電 流 環(huán) 的 優(yōu) 化 步 驟 為：① 正 確 連 接 ＰＣ軟件；②按要求對機(jī)床和軟件進(jìn)行設(shè)置；③選擇軸并開始電流優(yōu) 化（或 可 選 擇 自 動 優(yōu) 化 模 式 ），逐 漸 增加ＭＰ２４２０（Ｐ 系數(shù)）直 到響 應(yīng) 曲 線 所 示 位 置，如 圖 ２ 所示。
 
      同理可進(jìn)行其他相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。
   
      ２．２ Ｍ 功能創(chuàng)建
   
     螺旋錐齒輪數(shù)控加工需要添加一 些 特 定 的 Ｍ 功能，主要包括：①Ｍ２８銑削加工中Ｂ 軸選定為自由軸；②Ｍ２７車削加工中Ｃ 軸選定為自由軸；③Ｍ３７、Ｍ３８、
Ｍ３９不同工況加工過程中各軸方向及各軸電機(jī)參數(shù)設(shè)定。下面以 Ｍ３７為例說明 Ｍ 功能創(chuàng)建過程。
 
     打開數(shù)控系統(tǒng) ＰＬＣ編輯軟件 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ，選擇相應(yīng)的 ＰＬＣ 版本 Ｂａｓｉｃ５６進(jìn)行如下操 作：①進(jìn) 入 ＧＬＢ＿ＴＣＭＢ．ＤＥＦ 定義 Ｍ 功能；②進(jìn)入 Ｍ＿ＦＵＮＣ．ＳＲＣ全局定義；③進(jìn)入 ｍｆｕｎｃｔ，ｔａｂ設(shè)定宏有效；④進(jìn)入 ＰＬＣ：＼ＭＦｕｎｃｔ編寫 Ｍ３７程 序 Ｍ３７．ｈ ，將 優(yōu) 化所 得 參 數(shù) 寫
入程序；⑤在①中定義的 Ｍ 功能下建 ＭＡＣ ＭＧ－Ｍ３７－ａｃｔｉｖｅ，以激活 Ｍ３７功能；⑥進(jìn)入 ＯＥＭ．ＦＵＮＣ．ＳＲＣ編寫ＰＬＣ程序；⑦傳送ＰＬＣ文件并在機(jī)床上完成編譯。
 

    
     圖１ 海德漢系統(tǒng)運(yùn)動控制原理圖
 
    ３ 、人機(jī)界面設(shè)計
 
     人機(jī)界面部分關(guān)鍵的技術(shù)為畫面編程設(shè)計。畫面編程設(shè)計主要包含人因工程學(xué)、畫面設(shè)計原則、畫面設(shè)計評價３個方面。
 
     （１）人因工程學(xué)。設(shè)計畫面的理論基礎(chǔ)為人因工程學(xué)，通過研究人的特性，實現(xiàn)最好的人機(jī)分工。一般采用最大最小原則，即讓機(jī)器承擔(dān)工作量最大而人承擔(dān)的工作量最小，并發(fā)揮人的積極主導(dǎo)和決策作用。
 

     
      圖２ 電流Ｐ 系數(shù)優(yōu)化曲線
 
     （２）畫面設(shè)計原則。畫面設(shè)計原則遵守最佳組合、畫面分析與規(guī)范、圖標(biāo)與表格優(yōu)化、錯誤處理等原則。
 
     （３）畫面設(shè)計評價。設(shè)計評價需要在系統(tǒng)初期進(jìn)行，可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷。評價的基本要求為：適應(yīng)性、有效性、易學(xué)習(xí)性、用戶熟悉性、用戶的滿意度等。根據(jù) 螺 旋 錐 齒 輪 的 設(shè) 計 加 工 要 求，使 用 Ｐｙｈｔｏｎ語言對弧齒錐齒輪加工的人機(jī)界面程序進(jìn)行編制。程序功能應(yīng)具有以下幾個方面：首先確定齒輪參數(shù)，然后依次確定齒制及對應(yīng)齒制齒輪的參數(shù)后保存參數(shù)。進(jìn)入刀具參數(shù)和工藝參數(shù)輸入界面，通過底部相應(yīng)的功能鍵進(jìn)入刀具參數(shù)輸入界面、工藝參數(shù)輸入界面輸入并保存相關(guān)參數(shù)；確定各項參數(shù)無誤后點(diǎn)擊程序生成按鍵生成加工程序。最后，將生成程序?qū)朐O(shè)備并完成錐齒輪加工工作。
 
      ４、 軟件運(yùn)行實例
 
     圖３為海德漢ｉＴＮＣ－５３０數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面。為了保證 原 系 統(tǒng) 的 完 整 性 以 及 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)的設(shè)計［４］。主要包括工具列、工作區(qū)、畫面檔總管／功能鍵總管、屬性框、狀態(tài)列等。相關(guān)設(shè)計完成后的專用配套軟件各界面如圖４所示。
  

    
  
     圖３ 海德漢ｉＴＮＣ５３０數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面
  

                        
   
     圖４ 螺旋錐齒輪數(shù)控加工軟件界面
   
    ５ 、結(jié)語
 
    本文利用 Ｐｙｈｔｏｎ語言和海德漢系統(tǒng)提供的 Ｍ 功能與 ＴＮＣｏｐｔ、ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計了螺旋錐齒輪數(shù)控加工軟件。測試結(jié)果表明該軟件基本滿足了設(shè)計要求。