基于西門子SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)，利用EasyScreen開發(fā)出適合在伸線釜數(shù)控磨床上應(yīng)用的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對刀、修改加工參數(shù)以及調(diào)用加工程序等功能，簡化了操作，提高了加工效率。

1 序言

伸線釜是拉絲機(jī)上常用的一個(gè)零件，屬于消耗品，其外圓磨損后需要重新噴涂碳化鎢或其他耐磨材料，重新磨削加工。

目前市場上用于磨削伸線釜的機(jī)床主要是用戶自行將普通臥式車床上的四方刀臺(tái)拆除后增加磨頭。此種加工方式主要有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：①磨頭剛性差，磨削時(shí)變形大，磨削完成后工件錐面?zhèn)饶妇€直線性差。②普通機(jī)床各個(gè)進(jìn)給軸的進(jìn)給都需要人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對人員的操作技能要求高。③為避免因工人操作失誤引起的缺陷，需要將涂層加厚，費(fèi)工費(fèi)料[1-3]。

我公司生產(chǎn)的MK61125伸線釜數(shù)控磨床，采用西門子SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)，可對各種形狀的工件外圓、錐面及端面進(jìn)行磨削，同時(shí)我們還針對加工工藝，開發(fā)出專用的用戶界面，機(jī)床在性能和工作效率上都得到了用戶的肯定。

2 典型工件及加工工藝分析

拉絲機(jī)上用的伸線釜外形有很多種，圖1是一種常見的外形，在放大圖樣中可以看到外輪廓有3個(gè)角度值和1個(gè)R角，即0.25°、1°、120°和R角，且要求磨削表面粗糙度值Ra≤0.4μm。從圖1可以看出，每一個(gè)角度都是一條直線段，采用數(shù)控系統(tǒng)兩軸插補(bǔ)即可達(dá)到目的。考慮到砂輪本身有一定寬度，角度多，因此磨刀架需要有回轉(zhuǎn)角度功能。由于工件外層噴涂耐磨材料，因此需要采用金剛石砂輪磨削，但如果直接用高粒度砂輪磨削，會(huì)導(dǎo)致砂輪磨損嚴(yán)重，所以需要先采用低粒度砂輪進(jìn)行粗磨留量后再進(jìn)行精磨，因而需要設(shè)置兩套刀架，一套用于精磨，一套用于粗磨，避免采用一套刀架經(jīng)常更換砂輪的情況發(fā)生，節(jié)約輔助時(shí)間，提高加工效率。

a）二維圖樣

b）三維示意

圖1　伸線釜常見外形

3 機(jī)床結(jié)構(gòu)配置

本文所述數(shù)控磨床總體布局如圖2所示，采用臥式車床整體四導(dǎo)軌形式布局，由床身、輔助床身、床頭箱、卡盤、尾座、精磨磨削刀架、粗磨磨削刀架、主電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)底座、操作按鈕站、液壓系統(tǒng)、砂輪冷卻過濾系統(tǒng)等部分組成。

圖2　機(jī)床總體布局示意

1—電動(dòng)機(jī)底座　2—主電動(dòng)機(jī)　3—床頭箱　4—卡盤　5—工件　6—芯軸　7—尾座　8—操作按鈕站　9—精磨磨削刀架　10—粗磨磨削刀架　11—拖板　12—輔助床身　13—床身

該機(jī)床采用西門子SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)，集CNC、PLC、操作界面以及軸控制功能于一體，通過Drive-CLiQ總線與全數(shù)字驅(qū)動(dòng)SINAMICSS120 實(shí)現(xiàn)高速可靠通信， PLC I/O 模塊通過PROFINET連接，可自動(dòng)識(shí)別，無需額外配置。大量高檔的數(shù)控功能和豐富、靈活的工件編程方法使其可以自如應(yīng)用于各種加工場合。

4 EasyScreen概述

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的西門子界面不能滿足機(jī)床廠商或者最終用戶的需求時(shí)，可以在SINUMERIK 828D上通過“EasyScreen”編譯器設(shè)計(jì)制造商專用或者終端用戶專用的擴(kuò)展操作界面，也可以用于改善標(biāo)準(zhǔn)的西門子界面，例如可以設(shè)計(jì)個(gè)性化的零件編輯畫面、人性化的機(jī)床診斷界面等。

EasyScreen采用ASCII文件配置的方式進(jìn)行編寫，可以理解為西門子特有的語法格式。這使得EasyScreen設(shè)計(jì)界面不需要特殊的軟件，只需要Notepad（記事本）、Ultraedit等工具即可。

EasyScreen能夠基本實(shí)現(xiàn)的功能包括：可添加元素如軟鍵、變量、文本和圖片等；可自由調(diào)整畫面結(jié)構(gòu)；可執(zhí)行操作如切換畫面、輸入變量值和點(diǎn)擊軟鍵等；可訪問變量如NC、PLC和用戶變量等；可執(zhí)行函數(shù)功能如預(yù)定義函數(shù)、PI服務(wù)；用戶訪問等級(jí)限定。

相關(guān)文件如下。

1）COM源文件：具體描述用戶界面的所有內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)的具體功能，存放路徑為“/card/oem/SINUMERIK/hmi/proj/”。

2）INI配置文件：用來描述用戶界面如何嵌入828D/840D sl系統(tǒng)中、嵌入方式以及一些相關(guān)的功能定義，路徑為“/card/oem/SINUMERIK/hmi/cfg/”。

3）語言文件：用于存放用戶界面在不同語言環(huán)境下所顯示不同國家文字字符串的文件，路徑為“/card/oem/SINUMERIK/hmi/lng/”。

4）圖片文件：用于顯示在用戶界面上所使用的圖片，格式必須為png，路徑為“/card/oem/SINUMERIK/hmi/ico/icoxxx”。

5 界面設(shè)計(jì)

5.1 磨削用戶界面結(jié)構(gòu)

磨削用戶界面一共需要兩個(gè)：磨1°及30°、磨削0.25°，界面之間通過軟鍵觸發(fā)。根據(jù)界面的圖片指示，操作者手動(dòng)對刀，并通過軟件“裝載坐標(biāo)”將當(dāng)前工件坐標(biāo)載入到輸入框內(nèi)，并輸入相關(guān)加工參數(shù)，按下“裝載程序”，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用加工程序，操作者直接啟動(dòng)加工，用戶界面結(jié)構(gòu)如圖3所示。用戶界面的內(nèi)容和具體功能通過編輯custom.com文件來實(shí)現(xiàn)。

圖3　用戶界面結(jié)構(gòu)示意

5.2 磨削用戶界面設(shè)計(jì)相關(guān)文件

（1）COM源文件的編輯　磨1°及30°界面、磨削0.25°界面分別如圖4、圖5所示。具體文件如下。******磨1°及30°界面******//M(Huanrao/"磨1°及30°")

DEF Edit1=(R3///,"對刀坐標(biāo)1：X",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[200]"/280,30,100/400,30,100,//),

DEF Edit2=(R3///,"     Z",,/wr2,,,fs1,,//"   

$R[201]"/280,60,100/400,60,100,//),

DEF Edit3=(R3///,"對刀坐標(biāo)2：X",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[202]"/280,90,100/400,90,100,//),

DEF Edit4=(R3///," Z",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[203]"/280,120,100/400,120,100,//),

DEF Edit5=(R3///,"倒圓半徑R：",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[204]"/280,150,100/400,150,100,//),

DEF Edit6=(R3///,"角度α( 1°)",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[205]"/280,180,100/400,180,100,//),

DEF Edit7=(R3///,"角度β(30°)",,/w r2,,,fs1,,//"

$R[206]"/280,210,100/400,210,100,//),

DEF Edit8=(R3///," 磨削長度 ",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[207]"/280,240,100/400,240,100,//),

DEF Picture1=(S///,"\\cad1.png",,/wr1///5,50,330,210/460,200,0,//),

DEF Title1=(S///,"工件坐標(biāo)系",,/wr1///280,270,100/400,270,100,//),

DEF Var1=(R3///,"X軸",,/wr1,,,fs1,,//"$AA_IW[

AX1]"/280,295,100/400,295,100,//),

DEF Var2=(R3///,"Z軸",,/wr1,,,fs1,,//"$AA_IW[

AX2]"/280,320,100/400,320,100,//),

DEF Var3=(R3///,"U軸",,/wr1,,,fs1,,//"$AA_IW[

AX3]"/280,345,100/400,345,100,//),

DEF Title2=(S///,"注意:確認(rèn)磨頭角度位置!!!" ,,/

wr1///30,270,200///),

HS7=("磨削0.25°")

VS2=("裝載坐標(biāo)1")

VS3=("裝載坐標(biāo)2")

VS5=("裝載程序")

VS6=("EXIT")

PRESS(HS7)

LM("Zongrao")

END_PRESS

PRESS(VS2)

Edit1=Var3

Edit2=Var2

END_PRESS

PRESS(VS3)

Edit3=Var3

Edit4=Var2

END_PRESS

PRESS(VS5)

SP("http://NC/MPF.DIR/ES_130C_R5.MPF")

END_PRESS

PRESS(VS6)

EXIT

END_PRESS

//End

圖4　界面1示意

******磨削0.25°******

//M(Zongrao/"磨削0.25°")

DEF Title1=(S///,"說明：",,/wr1///320,30,100///),

DEF Title2=(S///,"手動(dòng)移動(dòng)磨頭刀對刀點(diǎn)，",,/wr1///320,60,200///),

DEF Title3=(S///," 啟動(dòng)程序開始磨削。",,/wr1///320,90,200///),

DEF Edit1=(R3///,"磨削長度L：",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[210]"/320,120,100/440,120,100,//),

DEF Edit2=(R3///,"關(guān)聯(lián)磨削長度l：",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[211]"/320,150,100/440,150,100,//),

DEF Edit3=(R3///,"關(guān)聯(lián)角度調(diào)整：",,/wr2,,,fs1,,//"

$R[212]"/320,180,100/440,180,100,//),

DEF Picture1=(S///,"\\cad2.png",,/wr1///2,50,330,210/460,200,0,//),

DEF Title4=(S///,"注意：確認(rèn)磨頭角度位置!!!",,/wr1///30,250,200///),

VS5=("裝載程序")

HS6=("磨1°及30°")

PRESS(VS5)

SP("http://NC/MPF.DIR/ES_025J.MPF")

END_PRESS

PRESS(HS6)

LM("Huanrao")

END_PRESS

//End

圖5　界面2示意

（2）加工程序編輯　具體加工程序如下。

******ES_130C_R5.MPF******

M4S30

M13M08

AA1:

M01

G94G1X=R200+40Z=R201-TAN(R206)*20F100

ANG=-(90-R206)RND=R204

X=R202Z=R203ANG=-R205

GOTO AA1

M30

****** ES_025J.MPF******

T1D1

M04S30M13

G94

M08

R10=$AA_IW[X]

R20=$AA_IW[Z]

AA1:

G1Z0F500

G1X=R10+TAN(0.265)*R20*2+1F200

G1X=R10+TAN(0.265)*R20*2F10

R30=$AA_IW[X]

G1X=R30F10

M01

G1X=R30+TAN(0.265)*R210*2Z=-R210F100

G1X=R30+TAN(0.265)*R210*2+TAN(R212)*R211*2Z=-(R210+R211)F20

G1X=R10+20F300

GOTO AA1

M15

M30

（3）EasyScreen嵌入Custom區(qū)配置文件　主要包括以下幾種文件。

1）Easyscreen.ini：用來指定用戶畫面所啟動(dòng)的com文件。

[STARTFILES]

StartFile02=area:=Custom,dialog:=SlEsCustomDialog,startfile:=custom.com

2）Custom.ini：描述在Custom區(qū)起始畫面中的相關(guān)顯示。

[Header]

Text=Custom

[Picture]

Picture=cad1.png

3）Slamconfig.ini：配置Custom區(qū)入口按鈕相關(guān)屬性，如Custom區(qū)按鈕是否顯示、在主菜單中的第幾個(gè)軟鍵等。

[CUSTOM]

Visible=true

SoftkeyPosition=7

將這些文件內(nèi)容放到系統(tǒng)相應(yīng)的根目錄下，重啟系統(tǒng)，用戶界面就會(huì)顯示在系統(tǒng)Custom中。至此就通過EasyScreen完成了對界面的設(shè)計(jì)，用戶可以進(jìn)行應(yīng)用操作。

6 結(jié)束語

本文通過分析伸線釜磨削加工工藝需求，在西門子SINUMERIK 828D平臺(tái)上，應(yīng)用EasyScreen對HMI界面進(jìn)行功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)，使磨削加工操作直觀簡單，提高了加工效率，具有推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫波，石潔芳. 基于EasyScreen在曲軸專用加工設(shè)備上的工藝界面開發(fā)[J]. 金屬加工（冷加工），2016（22）：60-62.

[2] 童金，于會(huì)龍，邢雨. 西門子EasyScreen在臂架專機(jī)刀庫管理上的應(yīng)用[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2012（1）：93-95.

[3] 馬國春. 基于西門子EasyScreen功能設(shè)置延時(shí)的應(yīng)用技術(shù)[J]. 世界制造技術(shù)與裝備市場，2021（2）：69-71.

本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2023年第1期101~104頁，作者：山東普利森集團(tuán)有限公司 張輝，曹健，原標(biāo)題：《HF-5M五面體加工中心附件銑頭交換故障分析及排除》。

（轉(zhuǎn)載）