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從加工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要出發(fā)，主要圍繞西門子NC高級(jí)編程I/O功能中的寫文件WRITE指令，分三個(gè)不同寫文件模塊展開論述。如圖1所示為西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)虛擬機(jī)操作面板。程序編寫、測(cè)試、開發(fā)階段在虛擬機(jī)上完成，之后導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證。

1. 西門子寫文件功能簡(jiǎn)介

西門子828D、840Dsl均具有寫入文件的功能，使用WRITE指令可將零件程序中的段落或數(shù)據(jù)寫入到指定文件（日志文件）的末尾，或?qū)懭氲秸趫?zhí)行的零件程序中。

圖1 西門子數(shù)控系統(tǒng)虛擬機(jī)操作面板

如果需要使用WRITE指令的文件或文件路徑不存在，則應(yīng)在NC內(nèi)存中新建該文件或文件夾，并將該文件存放在靜態(tài)NC存儲(chǔ)器中，在SINUMERIK 840Dsl上，存儲(chǔ)器為CF卡。

如果硬盤中有一個(gè)相同名稱的文件，則文件在NC中將會(huì)被覆蓋。只有設(shè)置了保護(hù)權(quán)限后，才不會(huì)被覆蓋。文件設(shè)置的保護(hù)等級(jí)必須不低于文件的WRITE權(quán)限等級(jí)，否則系統(tǒng)會(huì)拒絕訪問并顯示錯(cuò)誤提示信息，出錯(cuò)變量的返回值為13。

2. WRITE功能的使用方法

（1）利用寫文件功能生成新的NC程序塊 曲軸的外觀模型如圖2所示；曲軸上連桿頸的外銑模型及加工原理如圖3所示。

1）連桿頸外銑原理：由圖3可知，外銑刀盤以O(shè)2為圓心高速回轉(zhuǎn)，同時(shí)沿著x軸根據(jù)連桿頸的旋轉(zhuǎn)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲軸以主軸頸圓心O1為圓心旋轉(zhuǎn)，這樣就保證了外銑刀盤時(shí)刻與連桿頸相切，并且切點(diǎn)（Xt，Yt）是不斷變化的，這就是外銑的基本原理。

圖2 曲軸的外觀模型

圖3 曲軸連桿頸外銑加工原理

一般曲軸有3～6個(gè)連桿頸，每當(dāng)一個(gè)連桿頸銑削完成后，x軸退刀，z軸橫向移動(dòng)，開始外銑下一個(gè)連桿頸，直至所有連桿頸外銑完畢。從圖3可看出，曲軸連桿頸外銑的主要參數(shù)包括：曲軸連桿頸的偏心距b，連桿頸的半徑rw，外銑刀盤的半徑rs，曲軸的旋轉(zhuǎn)角度α，連桿頸和外銑刀盤的中心連線與x軸的夾角β。

因此要想在隨動(dòng)外銑的理念下完成對(duì)曲軸連桿頸的外銑加工，應(yīng)該在幾何條件的約束下，在任意外銑位置建立曲軸旋轉(zhuǎn)C軸的轉(zhuǎn)角方程與外銑刀盤在x軸的位移方程。

2）數(shù)學(xué)模型的建立：采用外銑方式加工連桿頸，需要按照一定的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行加工，才能保證曲軸連桿頸的加工精度，加工完成后，再采用一定的補(bǔ)償策略，進(jìn)行連桿頸的圓度補(bǔ)償。

在連桿頸的銑削過程中，必須保證連桿頸時(shí)刻與盤刀相切，這就要求連桿頸繞主軸頸中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，外銑刀盤在x軸方向做配合連桿頸旋轉(zhuǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)外銑刀盤自身高速回轉(zhuǎn)，切點(diǎn)坐標(biāo)軌跡方程如下：

用X表示O1O2的距離，則盤刀中心O2的運(yùn)動(dòng)方程如下：

3）加工程序的實(shí)現(xiàn)：編寫用于生成外銑點(diǎn)的加工程序，程序名稱為WRITE_PRG.MPF，其中FOLLOWPOINT.MPF是由WRITE_PRG程序自動(dòng)執(zhí)行后自動(dòng)生成的，F(xiàn)OLLOWPOINT.MPF自動(dòng)生成的隨動(dòng)點(diǎn)程序如圖4所示。在WRITE_PRG.MPF程序使用之前，需要定義程序中所要使用的全局變量，全局變量的定義文件為UGUD.DEF，詳細(xì)內(nèi)容如圖5所示。

WRITE_PRG程序定義了字符串變量EACH_LINE，定義規(guī)則為DEF STRING[80] EACH_LI N E，字符串長度為80，字符串名稱為EACH_LINE。WRITE文件寫入之前，首先需要?jiǎng)h除舊文件，并指定文件的輸出路徑，緊接著一行一行寫入，之后由循環(huán)賦值語句實(shí)現(xiàn)當(dāng)曲軸回轉(zhuǎn)一周時(shí)，連桿頸隨動(dòng)耦合數(shù)據(jù)寫入，按照角度增加1°，數(shù)組逐行加一的方式 ，完成隨動(dòng)程序的寫入和輸出。WRITE_P R G 程序塊的的順序執(zhí)行過程如圖6所示；WRITE_PRG程序塊中語句如圖7所示；自動(dòng)生成的FOLLOWPOINT程序及其程序內(nèi)容如圖8所示。

以WRITE(ERROR,”/_N_MPF_DIR/_N_FOLLOWPOINT_MPF”,”; MSG”<<”(“<<”Start Milling!!!”<<”)”)為例簡(jiǎn)述 WRITE函數(shù)的變量及內(nèi)容，其中ERROR為寫文件時(shí)的錯(cuò)誤代號(hào)，返回值為INT型，可以指導(dǎo)用戶第一時(shí)間查找到錯(cuò)誤報(bào)警的原因，“_N_MPF_DIR/_N_FOLLOWPOINT_MPF”為文件的寫入路徑，“<<”為字符串連接符，可以將不同的字符串連接起來，如下列語句所示：

圖4 WRITE_PRG程序塊

圖5 全局變量定義UGUD.DEF

圖6 WRITE_PRG程序執(zhí)行過程

圖7 WRITE_PRG程序塊中語句

EACH_LINE=”G01”<<” “<<”C”<

WRITE(ERROR,”/_N_MPF_DIR/_N_FOLLOWPOINT_MPF”,EACH_LINE)

EACH_LINE首先將一個(gè)個(gè)字符串連接起來，之后統(tǒng)一寫入文件FOLLOWPOINT，其中C_ANGLE、X_MOV_DIS[C_ANGLE]、F_FEED[C_ANGLE]為F O R循環(huán)執(zhí)行后計(jì)算出的數(shù)值，數(shù)據(jù)類型為實(shí)數(shù)。WRITE寫出來的具體結(jié)果為：

通過執(zhí)行程序WRITE_PRG產(chǎn)生輸出，輸出的程序?yàn)镕OLLOWPOINT.MPF，可以供其他主程序進(jìn)行外部調(diào)用，避免了程序邊運(yùn)行邊計(jì)算的缺點(diǎn)，程序一次運(yùn)算完成，運(yùn)行時(shí)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和走位，提高了數(shù)控程序的執(zhí)行速度。

（2）利用寫文件功能可以輸出日志文件 將機(jī)床需要記錄的R參數(shù)或G U D參數(shù)直接記錄下來，供用戶分析現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床的工件坐標(biāo)系修正數(shù)據(jù)、溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)、尺寸補(bǔ)償數(shù)據(jù)和探針補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。使用WRITE_PARAMETER時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面。

1）寫出參數(shù)時(shí)，一般需要記錄參數(shù)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前日期和時(shí)間，此處使用了西門子編程系統(tǒng)時(shí)間變量$A_YEAR、$A_MONTH、$A_DAY、$A_HOUR、$A_MINUTE和$A_SECOND進(jìn)行編寫。

2）WRITE 在寫文件或WRITE_PARAMTER執(zhí)行時(shí)，當(dāng)寫文件發(fā)生錯(cuò)誤，對(duì)錯(cuò)誤代號(hào)需要進(jìn)行判斷和處理，程序中需要增加判斷和跳轉(zhuǎn)，如下所示：

MSG(“ERROR 1: PATH NOT ALLOWED”)

MSG(“ERROR 2: PATH NOT FOUND”)

MSG(“ERROR 3: FILE NOT FOUND”)

MSG(“ERROR 4: INCORRECT FILETYPE”)

MSG(“ERROR 10: FILEIS FULL”)

MSG(“ERROR 11: FILE IS IN USE”)

MSG(“ERROR 12: NO MORE RESOURCES AVAILABLE”)

3）每次寫文件的最大字節(jié)數(shù)必須進(jìn)行限制，否則NC內(nèi)存會(huì)溢出，利用參數(shù)MD11420進(jìn)行設(shè)置。

4）寫文件時(shí)需處理文件名稱，用時(shí)間級(jí)聯(lián)文件名稱形成最終的文件輸出名稱：

LOG_DATE 1=”/_N_W K S_DIR/_N__TABLE_WPD/_N_RECORD_VALUE” LOG_DATE 1=LOG_DATE1<<”_”<<_YEAR<<”_”<<_MONTH<<”_”<< _DAY ;The Last File Name

5）按照寫入R參數(shù)的方法，也可將G U D參數(shù)寫入文件中，只需要將R參數(shù)名稱更換為GUD（全局變量）名稱即可。

WRITE進(jìn)行R參數(shù)的寫入如圖9所示；自動(dòng)生成的RECORD_VALUE_2018_02_24程序目錄如圖10所示。

（3）利用寫文件功能記錄加工時(shí)間 利用寫文件功能可以記錄加工的詳細(xì)節(jié)拍，進(jìn)行加工節(jié)拍的優(yōu)化，并詳細(xì)輸出每把刀具的加工時(shí)間。

WRITE_TOOLTIME主要使用了西門子系統(tǒng)計(jì)時(shí)器功能，$AC_TIMER[1]和$AC_TIMER[2]。程序執(zhí)行一開始對(duì)計(jì)時(shí)器變量$AC_TIMER[1]、$AC_TIMER[2]進(jìn)行外部清零，其中$AC_TIMER[1]、$AC_TIMER[2]、TIME_COMPLETE存放的是以秒為單位的計(jì)時(shí)整型數(shù)據(jù)。

對(duì)于單獨(dú)一把刀具的加工，其加工時(shí)間一般＜1m i n，所以將$AC_TIMER[2]直接賦值給當(dāng)前刀具的加工時(shí)間，$T C_T P2存放刀具名，為字符串類型，$TC_TP2[$TC_MPP6[9998,1]]存放當(dāng)前主軸上的刀具名稱，例如T08，代表加工的第8把刀具的名稱，之后會(huì)把第8把刀的加工時(shí)間進(jìn)行記錄和串聯(lián)。

第8把刀記錄完成后，會(huì)把計(jì)時(shí)器2清零，$AC_TIMER[2]=0，之后開始下一把刀具加工時(shí)間的記錄，$AC_TIMER[1]記錄總的加工時(shí)間。但是在寫文件進(jìn)行輸出時(shí)，會(huì)將TIME_COMPLETE記錄的秒轉(zhuǎn)換為分鐘進(jìn)行顯示和輸出，其中TIME_COMPLETE_H E L P1存儲(chǔ)的是分鐘，T I M E_COMPLETE_HELP2存儲(chǔ)的是秒。西門子數(shù)控編程指令中，TRUNC是指去除小數(shù)點(diǎn)之后的位數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的取整。WRITE_TOOLTIME詳細(xì)程序如下：

TIME_COMPLETE=$AC_TIMER[1]

TIME_ COMPLETE_HELP 1=TIME_COMPLETE/60 TIME_COMPLETE_HELP2=TIME_COMPLETE/60

圖9 WRITE進(jìn)行R參數(shù)的寫入

圖10 自動(dòng)生成的RECORD_VALUE程序目錄

TIME_COMPLETE_HELP1=TRUNC(TIME_COMPLETE/60)

TIME_COMPLETE_HELP2=TIME_COMPLETE_HELP2-TIME_COMPLETE_HELP1

TIME_COMPLETE_HELP2=TRUNC(TIME_COMPLETE_HELP2*60)

WRITE(ERROR1,LOG_FILE, “ / ” < < $TC_TP2[$TC_MPP6[9998,1]]<< TIME_COMPLETE_HELP 2<<”S” <<_YEAR<<_MONTH<<_DAY<<_HOU R<<_MINUTE<<_SECOND)

總之，通過主加工程序與WRITE_TOOLTIME程序塊的配合，可以輸出每把刀具的詳細(xì)加工節(jié)拍和總的加工時(shí)間，這樣可以更方便地進(jìn)行N C程序的優(yōu)化和刀具的優(yōu)化，節(jié)拍的提升和優(yōu)化將變得更加便捷。寫文件的長度設(shè)置如圖11所示，WRITE_TOOLTIME記錄的加工時(shí)間顯示如圖12所示，WRITE_TOOLTIME與主加工程序的組合使用如圖13所示。

3. 結(jié)語

圖11 參數(shù)MD11420設(shè)置

圖12 WRITE_TOOLTIME 記錄的加工時(shí)間顯示

圖13 WRITE_TOOLTIME與主加工程序的組合使用

本文通過對(duì)西門子840Dsl寫文件功能的研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了利用NC程序生成NC程序的方案，高效解決了程序邊執(zhí)行邊計(jì)算的弊端；同時(shí)系統(tǒng)和機(jī)床的一些補(bǔ)償參數(shù)如R參數(shù)、全局G U D變量等，也利用寫文件的方式可輸出為MPF或SPF文件格式，很方便地實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償數(shù)據(jù)的輸出，利用輸出的補(bǔ)償數(shù)據(jù)的一致性和統(tǒng)計(jì)性，可快速分析機(jī)床各項(xiàng)特性，更好地解決工件的加工質(zhì)量問題和位置補(bǔ)償問題；最后通過寫文件功能與西門子計(jì)時(shí)器功能相結(jié)合，可精確地獲得加工的節(jié)拍信息，同時(shí)獲得每把刀具的加工時(shí)間，這樣對(duì)每一個(gè)加工工位的TIME文件進(jìn)行分析，就可看出哪把刀具是瓶頸刀具，進(jìn)而對(duì)該把刀具進(jìn)行更細(xì)化的節(jié)拍優(yōu)化和提升，提升加工效率。

總之，西門子WRITE功能的這三個(gè)重要應(yīng)用，在實(shí)際使用中具有重要意義，當(dāng)發(fā)生問題后，利用這些程序模塊可有效發(fā)現(xiàn)機(jī)床、夾具、刀具或探針測(cè)量的問題，為問題解決提供數(shù)據(jù)文件支撐，進(jìn)而高效解決現(xiàn)場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的加工問題。