GNC62數(shù)控系統(tǒng)專(zhuān)用加工功能的開(kāi)發(fā)和集成

耿文劍

（科德數(shù)控股份有限公司，遼寧 大連 116600）

通用數(shù)控加工設(shè)備日漸同質(zhì)化，具備專(zhuān)用或特殊功能的加工設(shè)備需求逐漸迫切。目前，市面常用的數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)加工編程方式通常采用G代碼編程方式；高端數(shù)控系統(tǒng)支持圖形化編程，以基本特征為程序單元，對(duì)工序特征參數(shù)進(jìn)行編輯后生成一行循環(huán)程序，如孔、螺紋、矩形槽、圓形槽、矩形凸臺(tái)和圓形凸臺(tái)等。以上為大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)常規(guī)功能，本文不再贅述。

對(duì)于制造同一類(lèi)型、不同尺寸型號(hào)零件的應(yīng)用場(chǎng)景，手動(dòng)編程時(shí)工作量巨大，軟件編程又繁瑣，稍有修改就需要全盤(pán)重新操作，且無(wú)法保證每道工序參數(shù)設(shè)置的正確性及與上下關(guān)聯(lián)工序的邏輯合理性[1]，對(duì)編程及操作人員的技能、經(jīng)驗(yàn)要求必然很高，人力成本及時(shí)間成本沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，因此，需要簡(jiǎn)單化、直觀(guān)化這些編程過(guò)程，將若干工序甚至一類(lèi)零件的完整加工封裝成一個(gè)循環(huán)功能，并集成到數(shù)控系統(tǒng)中，編程人員僅需輸入或設(shè)置所需的尺寸、角度、邏輯等參數(shù)即可自動(dòng)生成一行加工程序[2]，快捷高效且不易出錯(cuò)。

此方案必須基于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)提供相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境，用戶(hù)可把自己的或任何第三方的思想或需求融入到系統(tǒng)中去[3]，本文以科德數(shù)控GNC62五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GNC62系統(tǒng)”）為實(shí)施平臺(tái)進(jìn)行論述。GNC62系統(tǒng)對(duì)于操作者是開(kāi)放的：可以采用先進(jìn)的圖形交互方式支持下的建議編程方法，使得數(shù)控機(jī)床的操作更加容易；對(duì)于機(jī)床制造商是開(kāi)放的：允許機(jī)床制造商在系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的功能模塊及用戶(hù)操作界面[4]。

1 實(shí)施方法及步驟

GNC62系統(tǒng)已內(nèi)置了本文論述方法所需的全部API接口，專(zhuān)用功能開(kāi)發(fā)可分3步：修改配置文件、繪制釋義圖片和編輯宏程序，機(jī)床廠(chǎng)應(yīng)用人員或制造廠(chǎng)有一定宏程序編程經(jīng)驗(yàn)的工藝人員可直接在系統(tǒng)廠(chǎng)家提供的demo功能基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯、修改，快速封裝專(zhuān)用功能。

1.1 配置文件

1.1.1 存放位置

“GNC62Hmi ceditor_cfg”，該目錄下的文件夾目錄即為HMI顯示時(shí)的功能目錄，文件夾中的配置文件，即為該目錄下的所有循環(huán)功能，如圖1所示；此規(guī)則操作簡(jiǎn)單且靈活，不需要專(zhuān)業(yè)人員對(duì)系統(tǒng)界面進(jìn)行繁瑣的配置。

圖 1 文件夾目錄與數(shù)控系統(tǒng)界面功能目錄同步

1.1.2 配置文件說(shuō)明：

文件頭說(shuō)明

type=“CDEF“ --輸出程序的關(guān)鍵字

subtype=“600“ --循環(huán)功能序號(hào)

endmark=“END “ --程序行結(jié)束標(biāo)志

title=“鉆孔“ --循環(huán)功能的名稱(chēng)

控件配置格式說(shuō)明

…

{createEditLine(“A“,{“H“,“5“,“深度“},“ FunA “)}

…

生成一個(gè)編輯框控件，“A”代表此控件參數(shù)的地址符（GNC62系統(tǒng)以A、B、C…ES、ET作為參數(shù)地址符，A、B、C依次代表#800、#801、#802，以此類(lèi)推）；“H”代表該參數(shù)的符號(hào)；“5”代表參數(shù)默認(rèn)值；“深度”為該參數(shù)的文字說(shuō)明；“FunA”代表該參數(shù)變動(dòng)時(shí)觸發(fā)的函數(shù)名，可在該函數(shù)中檢查參數(shù)的正確性、設(shè)置參數(shù)的釋義圖片等。

1.2 釋義圖片

1.2.1 存放位置

“GNC62Hmiimages ceditor_cfgCDEF” ，文件名稱(chēng)默認(rèn)為每個(gè)參數(shù)的索引字母，例如“A.jpg”，當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)到A參數(shù)的編輯框時(shí)，會(huì)自動(dòng)顯示該圖片。

1.2.2 繪圖要點(diǎn)

能夠直觀(guān)地說(shuō)明參數(shù)的含義，可搭配文字進(jìn)行圖文說(shuō)明，必要時(shí)可使用動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行說(shuō)明，要說(shuō)明的參數(shù)需在圖片中高亮顯示（例如加粗、加亮字體），如圖2所示。

圖 2 光標(biāo)焦點(diǎn)位于Y0編輯框時(shí)顯示的圖片

1.3 專(zhuān)用宏程序

1.3.1 宏程序概念

宏程序是一種可進(jìn)行表達(dá)式計(jì)算和條件跳轉(zhuǎn)的NC程序語(yǔ)言，包括宏變量、指令及內(nèi)建函數(shù)。通常可以與G代碼混合編程，用來(lái)實(shí)現(xiàn)有計(jì)算和人機(jī)交互需求的加工循環(huán)和程序測(cè)量相關(guān)的功能操作。

1.3.2 存放位置

“GNC62CycPrgs”，文件名為“C**.nc”，“**”為該功能的系統(tǒng)索引號(hào)。

1.3.3 主程序格式

在主程序中插入定制的專(zhuān)用功能，經(jīng)過(guò)編輯、設(shè)置參數(shù)后輸出的專(zhuān)用循環(huán)程序格式為“CDEF99 A3 B4 C5 D6 … END”，且在系統(tǒng)程序編輯器中，禁止以文本形式編輯，防止誤操作，只能通過(guò)“編輯工序”按鈕進(jìn)入該功能的圖形化編程界面進(jìn)行編輯、設(shè)置。

1.3.4 數(shù)據(jù)傳遞

如主程序?yàn)椤癈DEF99 A3 B4 C5 D6 … END”，根據(jù)上文說(shuō)明，在專(zhuān)用宏程序中得到的數(shù)據(jù)為#800=3、#801=4、#802=5、#803=6…，根據(jù)所封裝的工序，使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編程即可。

1.3.5 注意事項(xiàng)

專(zhuān)用宏程序開(kāi)始執(zhí)行前，必須加入保存當(dāng)前模態(tài)信息的指令，模態(tài)信息主要包括當(dāng)前的編程方式（絕對(duì)方式/相對(duì)方式）、進(jìn)給方式（切削G1/快進(jìn)G0）、工件坐標(biāo)系等，專(zhuān)用宏程序執(zhí)行完畢后必須還原模態(tài)信息，以保證主程序上下文的連貫性；在編輯宏程序過(guò)程中，大部分變量均使用#變量進(jìn)行索引，同一#變量在整個(gè)宏程序中會(huì)參與多次實(shí)時(shí)運(yùn)算或賦值并多次被引用，由于變量值的變化具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，與數(shù)控系統(tǒng)多段預(yù)讀并預(yù)處理功能矛盾，因此我們需要在#變量的實(shí)時(shí)運(yùn)算或賦值之前停止預(yù)讀及預(yù)處理，待實(shí)時(shí)運(yùn)算或賦值執(zhí)行完成后再恢復(fù)預(yù)讀及預(yù)處理，保證#變量參數(shù)值的正確且有效[5]。

2 應(yīng)用及驗(yàn)證

2.1 應(yīng)用

本文所述的將復(fù)雜工藝或多道工序封裝為系統(tǒng)專(zhuān)用功能的方法適用于如下特點(diǎn)的加工場(chǎng)景：

（1）相同類(lèi)型但不同尺寸、特征（加工工藝路線(xiàn)）相似的產(chǎn)品，如汽車(chē)輪轂、增壓器殼體和鉆頭銑刀等。

（2）多個(gè)相同特征且每個(gè)特征工藝復(fù)雜，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)多級(jí)轉(zhuǎn)子葉輪加工及修磨等。

（3）多個(gè)相同特征按一定規(guī)律（圓周、框架和矩陣等）排列的工件，主要用于維修使用，例如多刃刀具修磨、螺旋槳修復(fù)等。

筆者以一種典型的汽車(chē)零部件沖壓滑臺(tái)模具為例，說(shuō)明本方法的優(yōu)勢(shì)。假設(shè)該類(lèi)型模具有3個(gè)典型特征：基座長(zhǎng)度L（尺寸）、滑臺(tái)傾角α（角度）和滑軌類(lèi)型（邏輯）。如圖3所示，“→”左側(cè)是我們根據(jù)零件工藝及工序特征快速設(shè)計(jì)的專(zhuān)用圖形化編程界面，將3個(gè)參數(shù)按需求設(shè)置不同的數(shù)值，可以得到完全不同的兩種零件加工程序（程序格式：“CDEF991 /*沖壓模具-A型*/ A100 B30 C0 D2 E2500 F3 H6000 I4 J8000 END”），如圖中“→”右側(cè)程序模擬加工后的仿真結(jié)果。

本例中僅集成了3個(gè)典型的加工特征，還可以集成更多的尺寸、角度和邏輯特征，每道工序使用的刀具編號(hào)、主軸轉(zhuǎn)速以及進(jìn)給速度等等，當(dāng)然集成的特征越多，后臺(tái)的宏程序會(huì)越復(fù)雜，但是在加工編程或操作者角度是完全感知不到的。

2.2 驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本方法的可行性及效果，以某用戶(hù)滑塊類(lèi)零件進(jìn)行測(cè)試，該類(lèi)零件共7種型號(hào)，且隨時(shí)可能改型或增加型號(hào)，原工藝方案為每種零件一個(gè)加工程序，由工藝人員通過(guò)UG加工模塊進(jìn)行刀路設(shè)計(jì)并利用后處理文件生成，該后處理文件會(huì)將部分圓弧、輪廓等特征打散為微小線(xiàn)段[6]，每個(gè)加工程序約1 900～2 400行代碼，代碼維護(hù)量非常大，而且修改程序時(shí)必須從編程軟件上執(zhí)行，生成代碼后再?gòu)?fù)制程序到數(shù)控系統(tǒng)存儲(chǔ)空間中，操作繁瑣、不靈活。

由于這一類(lèi)工件的大部分形狀特征是相似的，因此其使用的刀具、切削用量基本一致，在我們統(tǒng)計(jì)、分析該類(lèi)零件所有型號(hào)圖紙之后，總結(jié)出8個(gè)特征參數(shù)，包括尺寸、角度和槽孔類(lèi)型等[7]，其中有2個(gè)特征需額外附帶兩個(gè)切削用量參數(shù)，總計(jì)14個(gè)參數(shù)。

圖 3 同一功能，不同參數(shù)加工出尺寸及形狀不同的零件。

該功能的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及實(shí)施均由制造工廠(chǎng)工藝編程人員完成，數(shù)控系統(tǒng)廠(chǎng)家僅對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，如功能圖片及配置文件等存放位置、配置文件格式、圖形化編程界面參數(shù)傳遞規(guī)則等，提供了典型應(yīng)用功能的demo，工藝編程人員僅在1天之內(nèi)就完成了該類(lèi)零件的專(zhuān)用加工功能封裝，并無(wú)縫集成到GNC62系統(tǒng)中。用戶(hù)操作工在5種型號(hào)中任選其一，經(jīng)過(guò)向?qū)降膱D形化編程，幾乎是在2 min之內(nèi)就完成了該工件的專(zhuān)用加工程序，因?yàn)閮H需按圖紙要求輸入幾個(gè)參數(shù)而已，經(jīng)首件試加工檢測(cè)合格，此程序已開(kāi)始在用戶(hù)多臺(tái)設(shè)備上應(yīng)用并批產(chǎn)，如圖4所示。

圖 4 客戶(hù)產(chǎn)品應(yīng)用

3 結(jié)語(yǔ)

本文所論述的基于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，利用二次開(kāi)發(fā)功能及宏編程將同一類(lèi)型不同規(guī)格零件的加工過(guò)程封裝并集成到數(shù)控系統(tǒng)中的思路及方法有兩方面優(yōu)勢(shì)，首先，在開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)上，不必動(dòng)用系統(tǒng)廠(chǎng)家的研發(fā)人員開(kāi)發(fā)、修改系統(tǒng)核心代碼，僅需有數(shù)控系統(tǒng)宏程序編程經(jīng)驗(yàn)的工程師，即可輕松完成，數(shù)控系統(tǒng)廠(chǎng)家不必單兵作戰(zhàn)，可有效利用社會(huì)資源來(lái)豐富、完善數(shù)控系統(tǒng)功能；其次，對(duì)制造工廠(chǎng)的操作者能力要求大幅降低，只要認(rèn)字識(shí)圖，即可完成復(fù)雜工藝或工序的加工，解決了一部分無(wú)技術(shù)或無(wú)經(jīng)驗(yàn)的普通人員找工作難、數(shù)控加工廠(chǎng)招工難的問(wèn)題，具備一定的社會(huì)效益，一定會(huì)被市場(chǎng)廣泛認(rèn)可并接受。