双头叶片电解加工机床人机界面的二次开发
2018-12-21吴昌建王福元
吴昌建 王福元
（1.安徽理工大学，安徽淮南232001；2.盐城工学院，江苏盐城224001）
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。
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。
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。
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。
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。
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。
图6 单头加工界面
图7 双头加工界面
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。
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。
