基于西门子SINUMERIK 828D数控系统平台，利用EasyScreen开发出适合在伸线釜数控磨床上应用的人机交互界面，实现对刀、修改加工参数以及调用加工程序等功能，简化了操作，提高了加工效率。

1 序言

伸线釜是拉丝机上常用的一个零件，属于消耗品，其外圆磨损后需要重新喷涂碳化钨或其他耐磨材料，重新磨削加工。

目前市场上用于磨削伸线釜的机床主要是用户自行将普通卧式车床上的四方刀台拆除后增加磨头。此种加工方式主要有以下几个缺点：①磨头刚性差，磨削时变形大，磨削完成后工件锥面侧母线直线性差。②普通机床各个进给轴的进给都需要人工操作，劳动强度大，对人员的操作技能要求高。③为避免因工人操作失误引起的缺陷，需要将涂层加厚，费工费料[1-3]。

我公司生产的MK61125伸线釜数控磨床，采用西门子SINUMERIK 828D数控系统，可对各种形状的工件外圆、锥面及端面进行磨削，同时我们还针对加工工艺，开发出专用的用户界面，机床在性能和工作效率上都得到了用户的肯定。

2 典型工件及加工工艺分析

拉丝机上用的伸线釜外形有很多种，图1是一种常见的外形，在放大图样中可以看到外轮廓有3个角度值和1个R角，即0.25°、1°、120°和R角，且要求磨削表面粗糙度值Ra≤0.4μm。从图1可以看出，每一个角度都是一条直线段，采用数控系统两轴插补即可达到目的。考虑到砂轮本身有一定宽度，角度多，因此磨刀架需要有回转角度功能。由于工件外层喷涂耐磨材料，因此需要采用金刚石砂轮磨削，但如果直接用高粒度砂轮磨削，会导致砂轮磨损严重，所以需要先采用低粒度砂轮进行粗磨留量后再进行精磨，因而需要设置两套刀架，一套用于精磨，一套用于粗磨，避免采用一套刀架经常更换砂轮的情况发生，节约辅助时间，提高加工效率。

a）二维图样

b）三维示意

图1　伸线釜常见外形

3 机床结构配置

本文所述数控磨床总体布局如图2所示，采用卧式车床整体四导轨形式布局，由床身、辅助床身、床头箱、卡盘、尾座、精磨磨削刀架、粗磨磨削刀架、主电动机、电动机底座、操作按钮站、液压系统、砂轮冷却过滤系统等部分组成。

图2　机床总体布局示意

1—电动机底座　2—主电动机　3—床头箱　4—卡盘　5—工件　6—芯轴　7—尾座　8—操作按钮站　9—精磨磨削刀架　10—粗磨磨削刀架　11—拖板　12—辅助床身　13—床身

该机床采用西门子SINUMERIK 828D数控系统，集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体，通过Drive-CLiQ总线与全数字驱动SINAMICSS120 实现高速可靠通信， PLC I/O 模块通过PROFINET连接，可自动识别，无需额外配置。大量高档的数控功能和丰富、灵活的工件编程方法使其可以自如应用于各种加工场合。

4 EasyScreen概述

当标准的西门子界面不能满足机床厂商或者最终用户的需求时，可以在SINUMERIK 828D上通过“EasyScreen”编译器设计制造商专用或者终端用户专用的扩展操作界面，也可以用于改善标准的西门子界面，例如可以设计个性化的零件编辑画面、人性化的机床诊断界面等。

EasyScreen采用ASCII文件配置的方式进行编写，可以理解为西门子特有的语法格式。这使得EasyScreen设计界面不需要特殊的软件，只需要Notepad（记事本）、Ultraedit等工具即可。

EasyScreen能够基本实现的功能包括：可添加元素如软键、变量、文本和图片等；可自由调整画面结构；可执行操作如切换画面、输入变量值和点击软键等；可访问变量如NC、PLC和用户变量等；可执行函数功能如预定义函数、PI服务；用户访问等级限定。

相关文件如下。

1）COM源文件：具体描述用户界面的所有内容以及实现的具体功能，存放路径为“/card/oem/SINUMERIK/hmi/proj/”。

2）INI配置文件：用来描述用户界面如何嵌入828D/840D sl系统中、嵌入方式以及一些相关的功能定义，路径为“/card/oem/SINUMERIK/hmi/cfg/”。

3）语言文件：用于存放用户界面在不同语言环境下所显示不同国家文字字符串的文件，路径为“/card/oem/SINUMERIK/hmi/lng/”。

4）图片文件：用于显示在用户界面上所使用的图片，格式必须为png，路径为“/card/oem/SINUMERIK/hmi/ico/icoxxx”。

5 界面设计

5.1 磨削用户界面结构

磨削用户界面一共需要两个：磨1°及30°、磨削0.25°，界面之间通过软键触发。根据界面的图片指示，操作者手动对刀，并通过软件“装载坐标”将当前工件坐标载入到输入框内，并输入相关加工参数，按下“装载程序”，系统将自动调用加工程序，操作者直接启动加工，用户界面结构如图3所示。用户界面的内容和具体功能通过编辑custom.com文件来实现。

图3　用户界面结构示意

5.2 磨削用户界面设计相关文件

（1）COM源文件的编辑　磨1°及30°界面、磨削0.25°界面分别如图4、图5所示。具体文件如下。******磨1°及30°界面******//M(Huanrao/"磨1°及30°")

DEF Edit1=(R3///,"对刀坐标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///,"对刀坐标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///,"倒圆半径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///," 磨削长度 ",,/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///,"工件坐标系",,/wr1///280,270,100/400,270,100,//),

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

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

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

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

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

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

DEF Title2=(S///,"注意:确认磨头角度位置!!!" ,,/

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

HS7=("磨削0.25°")

VS2=("装载坐标1")

VS3=("装载坐标2")

VS5=("装载程序")

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("//NC/MPF.DIR/ES_130C_R5.MPF")

END_PRESS

PRESS(VS6)

EXIT

END_PRESS

//End

图4　界面1示意

******磨削0.25°******

//M(Zongrao/"磨削0.25°")

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

DEF Title2=(S///,"手动移动磨头刀对刀点，",,/wr1///320,60,200///),

DEF Title3=(S///," 启动程序开始磨削。",,/wr1///320,90,200///),

DEF Edit1=(R3///,"磨削长度L：",,/wr2,,,fs1,,//"

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

DEF Edit2=(R3///,"关联磨削长度l：",,/wr2,,,fs1,,//"

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

DEF Edit3=(R3///,"关联角度调整：",,/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：确认磨头角度位置!!!",,/wr1///30,250,200///),

VS5=("装载程序")

HS6=("磨1°及30°")

PRESS(VS5)

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

END_PRESS

PRESS(HS6)

LM("Huanrao")

END_PRESS

//End

图5　界面2示意

（2）加工程序编辑　具体加工程序如下。

******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区配置文件　主要包括以下几种文件。

1）Easyscreen.ini：用来指定用户画面所启动的com文件。

[STARTFILES]

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

2）Custom.ini：描述在Custom区起始画面中的相关显示。

[Header]

Text=Custom

[Picture]

Picture=cad1.png

3）Slamconfig.ini：配置Custom区入口按钮相关属性，如Custom区按钮是否显示、在主菜单中的第几个软键等。

[CUSTOM]

Visible=true

SoftkeyPosition=7

将这些文件内容放到系统相应的根目录下，重启系统，用户界面就会显示在系统Custom中。至此就通过EasyScreen完成了对界面的设计，用户可以进行应用操作。

6 结束语

本文通过分析伸线釜磨削加工工艺需求，在西门子SINUMERIK 828D平台上，应用EasyScreen对HMI界面进行功能扩展设计，使磨削加工操作直观简单，提高了加工效率，具有推广意义。

参考文献：

[1] 孙波，石洁芳. 基于EasyScreen在曲轴专用加工设备上的工艺界面开发[J]. 金属加工（冷加工），2016（22）：60-62.

[2] 童金，于会龙，邢雨. 西门子EasyScreen在臂架专机刀库管理上的应用[J]. 制造技术与机床，2012（1）：93-95.

[3] 马国春. 基于西门子EasyScreen功能设置延时的应用技术[J]. 世界制造技术与装备市场，2021（2）：69-71.

本文发表于《金属加工（冷加工）》2023年第1期101~104页，作者：山东普利森集团有限公司 张辉，曹健，原标题：《HF-5M五面体加工中心附件铣头交换故障分析及排除》。