雙頭葉片電解加工機床人機界面的二次開發

吳昌建 王福元

（1.安徽理工大學，安徽淮南232001；2.鹽城工學院，江蘇鹽城224001）

0 引言

隨著數控技術的進步，機床向著智能化、自動化以及多樣化方向發展。各類新型機床不斷涌現，有很多使用的是國外的數控系統，且絕大多數數控系統都沒有中文操作界面，然而國內外機床的操作習慣有很大的不同，所以通用的機床界面已不能滿足生產加工要求。為了滿足用戶的不同需求，使機床的使用更為高效便捷，擴展通用機床界面的功能是非常有必要的。因此需要開發出友好的且適合不同機床加工生產的人機界面，以提高生產工作效率。

1 機床介紹

西門子840Dsl數控系統是西門子公司推出的一款開放式數控系統，具有很高的靈活性和動態響應能力。本次介紹的機床是基于西門子840Dsl數控系統，設計成臥式雙頭進給方式加工的葉片電解加工機床。該機床主要用于加工航空發動機中的葉片，所以對精度的要求比較高。機床的兩個陰極工具設計成加工面的形狀，加工時工件用專用夾具固定，機床兩個陰極工具同時向工件進給，通過電解液導電使陽極工件發生電化學溶解，從而使工件成型。雙頭進給加工方式可以減少葉片加工工序，對葉片加工精度的提升有很大的幫助。

2 機床工作過程

根據機床工作原理設計出葉片電解加工機床工作流程，如圖1所示。

圖1 機床工作流程圖

3 開發環境及軟件介紹

本次界面開發選擇的是Operator Programming Package編程包。該軟件具有一種以組件為導向的架構。組件分為兩大類：GUI組件和HMI服務。其中GUI組件是一種圖形化的用戶界面，用于實現用戶與系統之間的互動。HMI服務是一種功能組件，用于實現圖形界面基本功能以及將系統集成到自動化過程中。此軟件包支持在Windows系統及Linux平臺開發界面，功能全面，嵌入性好。界面的開發基于vc++語言，visual basic用于編輯OA工具，QT Designer用于圖形化設計界面，HMI用于調試設計好的人機界面。

4 人機界面的開發

4.1 人機界面開發的總體設計思路

使用Operator Programming Package編程包開發的人機界面要保證層次清晰，功能齊全，方便引導操作人員進行操作。要開發什么樣的界面，實現什么樣的功能是設計的關鍵。人機界面的總體設計思路如圖2所示。

圖2 人機界面的開發思路圖

4.2 人機界面實現的功能分類

根據葉片加工機床實現的功能，初步確定設計的幾個界面：參數設置界面、機床界面（手動加工界面、單頭加工界面、雙頭加工界面）、報警界面以及幫助界面。各界面實現的功能如圖3所示。

圖3 人機界面功能圖

（1）參數模塊：主要用于設定電源參數、電解液參數以及機床進給參數，如加工電壓、電流限流、溫度、轉點位置等。

（2）機床模塊：可以執行加工程序，控制加工的啟停，實現機床加工過程中的參數以及機床狀態的實時監測。

（3）報警模塊：當機床運行出現故障時，系統會自動記錄診斷信息（時間、狀態、編號），并顯示在界面中。

（4）幫助模塊：將在線幫助集成到系統當中，可訪問幫助手冊，并可通過關鍵詞索引。

4.3 界面設計

在設計界面的過程中，首先要配置系統文件，通過Operator向導配置用戶界面，創建好項目后，對界面菜單軟鍵進行編輯定義，使用菜單軟鍵上的NAVIGATION函數調用Screen類，實現屏幕間的切換。然后在.xml文件中對Screen類進行定義，使一個Screen類對應一個Form類。接下來就可以使用編程包中的QT軟件對Form類中的Ui文件進行編輯，利用QT中信號和槽函數的機制，把不同對象綁定在一起，設計出所需要的界面。下面介紹部分設計界面。

4.3.1 參數界面

機床參數在加工生產中起著至關重要的作用，所以在加工時對參數的監控是十分必要的。圖4所示為葉片加工機床的參數設定界面，主要包括電源參數設置、進給參數設置以及電解液參數設置。

圖4 參數設定界面

4.3.2 機床界面

針對機床的加工模式，把機床界面設計為3個子界面，分別為手動加工界面（圖5）、單頭加工界面（圖6）、雙頭加工界面（圖7）。這3個界面都是由加工狀態欄和按鍵組成的。左右兩軸在加工時，加工狀態欄中顯示機床加工參數和機床的狀態信息。機床的三個狀態信息由狀態顯示燈表示，綠燈為工作狀態，紅燈為停止或異常狀態。按鍵用來執行程序命令。

圖5 手動加工界面

4.4 與NC/PLC通信

設計完界面后，要真正實現人機界面的嵌入、讀寫變量及調用程序，必須要在生成的.cpp文件中對界面中的各個對象進行定義。為實現參數的讀取與寫入，要調用CAP服務中的SIQCap類，采用異步調用多個變量的方式進行數據尋址。在異步調用時，SIQCap類的對象會在任務完成后利用“Qt的信號與槽機制”發送信號。

圖6 單頭加工界面

圖7 雙頭加工界面

要實現程序的調用，必須在.cpp文件中設置PIService來啟用程序實例服務。首先創建并填寫4個含有PI服務參數設置的字符串，然后創建PIService對象，將PI服務的參數數組傳遞給構造函數，最后啟用PI指令，使用Start()函數觸發PI服務。

在完成上述過程后就可以將界面集成后嵌入到數控系統內，實現整個系統的運行。

5 結語

本文設計了葉片電解加工機床的工作流程，并據此應用Operator Programming Package編程包對其界面進行二次開發，擴展了葉片加工機床的功能。此界面布局合理，操作簡便，極大地提高了生產效率。通過對該軟件的應用發現此功能開發界面操作簡單，能夠在PC端直接進行設計，有著極好的嵌入性，對機床的現場調試及界面優化設計有著很大的意義。