摘要：利用 Ｐｙｈｔｏｎ語言與海德漢數控系統提供的 Ｍ 功能與 ＴＮＣｏｐｔ、ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ系統軟件，通過建立 Ｍ 功能以及專家界面的方法對螺旋錐齒輪數控加工軟件進行了開發設計。齒輪加工所需要的各種機床參數經ＴＮＣｏｐｔ軟件優化后通過 Ｍ 功能得以實現。使用 Ｐｙｈｔｏｎ語言與第三方軟件實現了界面的修改及制作。
關鍵詞：螺旋錐齒輪；海德漢數控系統；參數優化
０ 引言
螺旋錐齒輪是機械設備的基礎件［１］，在機 械行 業中占有重要的地位，它具有承載能力高、傳動平穩以及傳動效率高等優點。因此，螺旋錐齒輪及其數控加工技術得到了研究人員廣泛的重視［２］。螺旋錐齒輪數控加工程序編制復雜且某些特定功能需要用戶根據實際需求開發。本文根據本人參與的 ＧＣＭＴ２５００螺旋錐齒輪專用機床項目開發了專用的配套軟件。軟件主要包括數控系統參數優化與實現和人機界面設計兩大部分。
１、 開發專用機床軟件應用的相關軟件
開發 ＧＣＭＴ２５００螺旋錐齒輪專 用 機 床 軟 件 所 使用的相關 軟 件 有：① 系統參數優化軟件 ＴＮＣｏｐｔ；②ＰＬＣ設計軟件 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ；③對應版本的數控系統仿真軟件等。相關軟件安裝完之后即可在通用 ＰＣ上運行，操作環境為 Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００／ＸＰ／９７。
ＰｙｔｈｏｎＯＥＭ 程序選裝的是機床制造商提供的面向對象的控制系統高級編程語言。由 Ｐｙｔｈｏｎ語言開發的程 序 可 以 通 過 熟 悉 的 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ 窗 口 導 入 到ＰＬＣ中，也可以顯示在單獨可用的窗口中或擴展為全屏顯示。Ｐｙｔｈｏｎ語 法 清晰、模 塊 豐 富，支 持 跨 平 臺 運行，可以提高數控系統二次開發效率。
２ 、設備參數優化與 Ｍ 功能管理
２．１ 設備參數優化
ＴＮＣｏｐｔ是一款用于海德漢數控系統調試、優化、診斷的系統軟件［３］。圖１為海德漢數控系統運動控制原理圖。通常設備參數優化順序依次為電流環、速度環和位置環。電 流 環 的 優 化 步 驟 為：① 正 確 連 接 ＰＣ軟件；②按要求對機床和軟件進行設置；③選擇軸并開始電流優 化（或 可 選 擇 自 動 優 化 模 式 ），逐 漸 增加ＭＰ２４２０（Ｐ 系數）直 到響 應 曲 線 所 示 位 置，如 圖 ２ 所示。
同理可進行其他相關參數的優化。
２．２ Ｍ 功能創建
螺旋錐齒輪數控加工需要添加一 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參數設定。下面以 Ｍ３７為例說明 Ｍ 功能創建過程。
打開數控系統 ＰＬＣ編輯軟件 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ，選擇相應的 ＰＬＣ 版本 Ｂａｓｉｃ５６進行如下操 作：①進 入 ＧＬＢ＿ＴＣＭＢ．ＤＥＦ 定義 Ｍ 功能；②進入 Ｍ＿ＦＵＮＣ．ＳＲＣ全局定義；③進入 ｍｆｕｎｃｔ，ｔａｂ設定宏有效；④進入 ＰＬＣ：＼ＭＦｕｎｃｔ編寫 Ｍ３７程 序 Ｍ３７．ｈ ，將 優 化所 得 參 數 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進入 ＯＥＭ．ＦＵＮＣ．ＳＲＣ編寫ＰＬＣ程序；⑦傳送ＰＬＣ文件并在機床上完成編譯。
圖１ 海德漢系統運動控制原理圖
３ 、人機界面設計
人機界面部分關鍵的技術為畫面編程設計。畫面編程設計主要包含人因工程學、畫面設計原則、畫面設計評價３個方面。
（１）人因工程學。設計畫面的理論基礎為人因工程學，通過研究人的特性，實現最好的人機分工。一般采用最大最小原則，即讓機器承擔工作量最大而人承擔的工作量最小，并發揮人的積極主導和決策作用。
圖２ 電流Ｐ 系數優化曲線
（２）畫面設計原則。畫面設計原則遵守最佳組合、畫面分析與規范、圖標與表格優化、錯誤處理等原則。
（３）畫面設計評價。設計評價需要在系統初期進行，可以及早發現設計缺陷。評價的基本要求為：適應性、有效性、易學習性、用戶熟悉性、用戶的滿意度等。根據 螺 旋 錐 齒 輪 的 設 計 加 工 要 求，使 用 Ｐｙｈｔｏｎ語言對弧齒錐齒輪加工的人機界面程序進行編制。程序功能應具有以下幾個方面：首先確定齒輪參數，然后依次確定齒制及對應齒制齒輪的參數后保存參數。進入刀具參數和工藝參數輸入界面，通過底部相應的功能鍵進入刀具參數輸入界面、工藝參數輸入界面輸入并保存相關參數；確定各項參數無誤后點擊程序生成按鍵生成加工程序。最后，將生成程序導入設備并完成錐齒輪加工工作。
４、 軟件運行實例
圖３為海德漢ｉＴＮＣ－５３０數控系統的標準人機界面。為了保證 原 系 統 的 完 整 性 以 及 系 統 維 護 的 便 利性，需要在標準人機界面的基礎上進行相關的設計［４］。主要包括工具列、工作區、畫面檔總管／功能鍵總管、屬性框、狀態列等。相關設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數控系統標準人機界面
圖４ 螺旋錐齒輪數控加工軟件界面
５ 、結語
本文利用 Ｐｙｈｔｏｎ語言和海德漢系統提供的 Ｍ 功能與 ＴＮＣｏｐｔ、ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ系統軟件開發設計了螺旋錐齒輪數控加工軟件。測試結果表明該軟件基本滿足了設計要求。
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