摘要：利用 Ｐｙｈｔｏｎ语言与海德汉数控系统提供的 Ｍ 功能与 ＴＮＣｏｐｔ、ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ系统软件，通过建立 Ｍ 功能以及专家界面的方法对螺旋锥齿轮数控加工软件进行了开发设计。齿轮加工所需要的各种机床参数经ＴＮＣｏｐｔ软件优化后通过 Ｍ 功能得以实现。使用 Ｐｙｈｔｏｎ语言与第三方软件实现了界面的修改及制作。
 
      关键词：螺旋锥齿轮；海德汉数控系统；参数优化
 
      ０ 引言
 
     螺旋锥齿轮是机械设备的基础件［１］，在机 械行 业中占有重要的地位，它具有承载能力高、传动平稳以及传动效率高等优点。因此，螺旋锥齿轮及其数控加工技术得到了研究人员广泛的重视［２］。螺旋锥齿轮数控加工程序编制复杂且某些特定功能需要用户根据实际需求开发。本文根据本人参与的 ＧＣＭＴ２５００螺旋锥齿轮专用机床项目开发了专用的配套软件。软件主要包括数控系统参数优化与实现和人机界面设计两大部分。
 
      １、 开发专用机床软件应用的相关软件
 
      开发 ＧＣＭＴ２５００螺旋锥齿轮专 用 机 床 软 件 所 使用的相关 软 件 有：① 系统参数优化软件 ＴＮＣｏｐｔ；②ＰＬＣ设计软件 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ；③对应版本的数控系统仿真软件等。相关软件安装完之后即可在通用 ＰＣ上运行，操作环境为 Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００／ＸＰ／９７。
 
      ＰｙｔｈｏｎＯＥＭ 程序选装的是机床制造商提供的面向对象的控制系统高级编程语言。由 Ｐｙｔｈｏｎ语言开发的程 序 可 以 通 过 熟 悉 的 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ 窗 口 导 入 到ＰＬＣ中，也可以显示在单独可用的窗口中或扩展为全屏显示。Ｐｙｔｈｏｎ语 法 清晰、模 块 丰 富，支 持 跨 平 台 运行，可以提高数控系统二次开发效率。
 
      ２ 、设备参数优化与 Ｍ 功能管理
 
      ２．１ 设备参数优化
 
      ＴＮＣｏｐｔ是一款用于海德汉数控系统调试、优化、诊断的系统软件［３］。图１为海德汉数控系统运动控制原理图。通常设备参数优化顺序依次为电流环、速度环和位置环。电 流 环 的 优 化 步 骤 为：① 正 确 连 接 ＰＣ软件；②按要求对机床和软件进行设置；③选择轴并开始电流优 化（或 可 选 择 自 动 优 化 模 式 ），逐 渐 增加ＭＰ２４２０（Ｐ 系数）直 到响 应 曲 线 所 示 位 置，如 图 ２ 所示。
 
      同理可进行其他相关参数的优化。
   
      ２．２ Ｍ 功能创建
   
     螺旋锥齿轮数控加工需要添加一 些 特 定 的 Ｍ 功能，主要包括：①Ｍ２８铣削加工中Ｂ 轴选定为自由轴；②Ｍ２７车削加工中Ｃ 轴选定为自由轴；③Ｍ３７、Ｍ３８、
Ｍ３９不同工况加工过程中各轴方向及各轴电机参数设定。下面以 Ｍ３７为例说明 Ｍ 功能创建过程。
 
     打开数控系统 ＰＬＣ编辑软件 ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ，选择相应的 ＰＬＣ 版本 Ｂａｓｉｃ５６进行如下操 作：①进 入 ＧＬＢ＿ＴＣＭＢ．ＤＥＦ 定义 Ｍ 功能；②进入 Ｍ＿ＦＵＮＣ．ＳＲＣ全局定义；③进入 ｍｆｕｎｃｔ，ｔａｂ设定宏有效；④进入 ＰＬＣ：＼ＭＦｕｎｃｔ编写 Ｍ３７程 序 Ｍ３７．ｈ ，将 优 化所 得 参 数 写
入程序；⑤在①中定义的 Ｍ 功能下建 ＭＡＣ ＭＧ－Ｍ３７－ａｃｔｉｖｅ，以激活 Ｍ３７功能；⑥进入 ＯＥＭ．ＦＵＮＣ．ＳＲＣ编写ＰＬＣ程序；⑦传送ＰＬＣ文件并在机床上完成编译。
 

    
     图１ 海德汉系统运动控制原理图
 
    ３ 、人机界面设计
 
     人机界面部分关键的技术为画面编程设计。画面编程设计主要包含人因工程学、画面设计原则、画面设计评价３个方面。
 
     （１）人因工程学。设计画面的理论基础为人因工程学，通过研究人的特性，实现最好的人机分工。一般采用最大最小原则，即让机器承担工作量最大而人承担的工作量最小，并发挥人的积极主导和决策作用。
 

     
      图２ 电流Ｐ 系数优化曲线
 
     （２）画面设计原则。画面设计原则遵守最佳组合、画面分析与规范、图标与表格优化、错误处理等原则。
 
     （３）画面设计评价。设计评价需要在系统初期进行，可以及早发现设计缺陷。评价的基本要求为：适应性、有效性、易学习性、用户熟悉性、用户的满意度等。根据 螺 旋 锥 齿 轮 的 设 计 加 工 要 求，使 用 Ｐｙｈｔｏｎ语言对弧齿锥齿轮加工的人机界面程序进行编制。程序功能应具有以下几个方面：首先确定齿轮参数，然后依次确定齿制及对应齿制齿轮的参数后保存参数。进入刀具参数和工艺参数输入界面，通过底部相应的功能键进入刀具参数输入界面、工艺参数输入界面输入并保存相关参数；确定各项参数无误后点击程序生成按键生成加工程序。最后，将生成程序导入设备并完成锥齿轮加工工作。
 
      ４、 软件运行实例
 
     图３为海德汉ｉＴＮＣ－５３０数控系统的标准人机界面。为了保证 原 系 统 的 完 整 性 以 及 系 统 维 护 的 便 利性，需要在标准人机界面的基础上进行相关的设计［４］。主要包括工具列、工作区、画面档总管／功能键总管、属性框、状态列等。相关设计完成后的专用配套软件各界面如图４所示。
  

    
  
     图３ 海德汉ｉＴＮＣ５３０数控系统标准人机界面
  

                        
   
     图４ 螺旋锥齿轮数控加工软件界面
   
    ５ 、结语
 
    本文利用 Ｐｙｈｔｏｎ语言和海德汉系统提供的 Ｍ 功能与 ＴＮＣｏｐｔ、ＰＬＣｄｅｓｉｇｎ系统软件开发设计了螺旋锥齿轮数控加工软件。测试结果表明该软件基本满足了设计要求。