數控畢業(yè)論文13

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數控是先進制造技術的基礎技術。數控加工在現(xiàn)代化生產中顯示出很大的優(yōu)越性。 </p><p>　　網絡在數控中的廣乏應用必定帶來制造技術的飛躍發(fā)展，尤其是在航空、軍事、民用、航天中帶了質的變化。我國在上面的研究還處于開始階段。 </p><p>　　本文主要講述了DNC的發(fā)展和在數

2、控中的應用，簡述了它的概念，定義。介紹了遠程終端在數控中的起的作用，主要還是介紹的關于DNC在制造中的一些應用。</p><p>　　關鍵詞：數控技術、DNC、CAM、CAD、無線通信、NC數據</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p&g

3、t;　　第1章 數控技術概述2</p><p>　　1.1 數控及數控技術的基本概念2</p><p>　　1.1.1 數字控制(數控)及數控技術2</p><p>　　1.1.2 數控系統(tǒng)2</p><p>　　1.1.3 數控系統(tǒng)的分類2</p><p>　　1.2 數控加工技術的發(fā)展歷程3</p

4、><p>　　第2章 常用CAD/CAM軟件簡介5</p><p>　　2.1 Master CAM5</p><p>　　2.2 Cimatron E5</p><p>　　2.3 Pro/ENGINEER5</p><p><b>　　2.4 UG6</b></p><

5、;p>　　第3章 概 述7</p><p>　　第4章 什么是DNC9</p><p>　　第5章 DNC系統(tǒng)簡介10</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)體系的結構10</p><p>　　5.2 DNC系統(tǒng)的地位及功能11</p><p>　　5.3 DNC系統(tǒng)軟件體系結構12</p>

6、;<p>　　5.4 DNC系統(tǒng)軟件的數據模型12</p><p>　　5.5 DNC系統(tǒng)的物理配置基本結構14</p><p>　　第6章 數控機床網絡DNC的幾種模式15</p><p>　　6.1 串行通訊RS-232C模式15</p><p>　　6.2 現(xiàn)場總線模式18</p><p>

7、;　　6.3 局域網模式20</p><p>　　第7章 數控機床網絡DNC基本功能22</p><p>　　7.1 通訊功能22</p><p>　　7.2 控制功能23</p><p>　　第8章 數控機床網絡DNC發(fā)展方向25</p><p>　　8.1 新型網絡通訊技術25</p>&

8、lt;p>　　8.2 無線通信技術25</p><p>　　8.3信息的高度集成25</p><p>　　第9章 總結及創(chuàng)新探討27</p><p>　　9.1 研究市場 開拓創(chuàng)新27</p><p>　　9.2 資源創(chuàng)新28</p><p>　　9.3 開發(fā)手段創(chuàng)新28</p>

9、<p>　　9.4 開發(fā)組織形式的創(chuàng)新28</p><p>　　9.5 保護和利用知識產權29</p><p>　　9.6 試驗方法和手段的創(chuàng)新29</p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p&

10、gt;　　在大學三年里我學到了很多東西，也失去了太多?？偟膩碚f，我的大學生活是美好的，在這里我學到了以前從沒有想過的、見過的。在這的三年，也讓我有了走入社會的資本。</p><p>　　在下面的論文里介紹了我學到的和我自己步入社會后又接觸到的，學校里學習的那些設計軟件讓我有比別人多的籌碼，但是，在工作以后也認識到了自己在學習中的不足，所以為了以后能夠站住腳跟，擁有自己的一片天地，我還要學習多接觸一下關于數控方面的

11、先進技術和理論。在論文里面主要介紹了數控網絡方面的內容，讓我明白以后該努力的方向，了解了數控遠程控制的一些基本內容，一些柔性單元的應用，在二零零七年初去匯金鑄造廠實習，讓我見到了較先進的數控設備，感到了自己的渺小和無知，也學到了一些東西，同時為自己祖國在數控系統(tǒng)方面的落后而感到悲哀，我們會努力的。</p><p>　　在學校里老師們的淳淳教導讓我們明白了許多做人的道理，在學習上的傳授更讓我們受益。</p&g

12、t;<p>　　第1章 數控技術概述</p><p>　　1.1 數控及數控技術的基本概念</p><p>　　1.1.1 數字控制(數控)及數控技術</p><p>　　機床中的數字控制專指用數字化信號對機床的工作過進行的可編程自動控制，簡稱為數控(NC)。這種用數字化信息進行自動控制的技術就叫數控技術。</p><p>　　

13、1.1.2 數控系統(tǒng)</p><p>　　數控系統(tǒng)是實現(xiàn)數控技術相關功能的軟硬件模塊的有機集成系統(tǒng)，是數控技術的載體。能自動閱讀程序，譯碼，使機床按指令運動并加工零件</p><p>　　1.1.3 數控系統(tǒng)的分類</p><p><b>　　計算機數控系統(tǒng)：</b></p><p>　　計算機數控系統(tǒng)是以計算機為核心的

14、數控系統(tǒng)，由裝有數控系統(tǒng)程序的專用計算機、輸入輸出設備、可編程邏輯控制器(PLC)、存儲器、主軸驅動及進給驅動裝置等部分組成，習慣上又稱為CNC系統(tǒng)</p><p><b>　　開放式CNC系統(tǒng)</b></p><p>　　定義：一個開放式CNC系統(tǒng)，應保證使開發(fā)的應用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺上運行，且能與其他應用軟件系統(tǒng)協(xié)調工作</p>

15、<p>　　開放式CNC系統(tǒng)的五個特征：</p><p>　　(1)對使用者是開放的：可采用先進的圖形交互方式支持下的簡易編程方法，使得數控機床的操作更加容易</p><p>　　(2)對機床制造商是開放的：應允許機床制造商在開放式CNC系統(tǒng)軟件的基礎上開發(fā)專用的功能模塊及用戶操作界面。</p><p>　　(3)對硬件的選擇是開放的：即一個開放式CNC系

16、統(tǒng)應能在不同的硬件平臺上運行。</p><p>　　(4)對主軸及進給驅動系統(tǒng)是開放的：即能控制不同廠商提供的主軸及進給驅動系統(tǒng)。</p><p>　　(5)對數據傳輸及交換等是開放的</p><p>　　1.2 數控加工技術的發(fā)展歷程</p><p>　　1949年美國Parson公司與麻省理工學院開始合作歷時三年研制出能進行三軸控制的數控

17、銑床樣機，取名“NumericalControl”。</p><p>　　1953年麻省理工學院開發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路線，即可生成NC程序的自動編程語言。</p><p>　　1959年美國Keaney&Trecker公司開發(fā)成功了帶刀庫，能自動進行刀具交換，一次裝夾中即能進行銑、鉆、鏜、攻絲等多種加工功能的數控機床，這就是數控機床的新種類 —— 加工中心。</p

18、><p>　　1968年英國首次將多臺數控機床、無人化搬運小車和自動倉庫在計算機控制下連接成自動加工系統(tǒng)，這就是柔性制造系統(tǒng)FMS。</p><p>　　1974年微處理器開始用于機床的數控系統(tǒng)中，從此CNC(計算機數控系統(tǒng))軟線數控技術隨著計算機技術的發(fā)展得以快速發(fā)展。</p><p>　　1976年美國Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計算機輔助設計

19、)繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點”被加工的部位，輸入所需的工藝參數，即可由計算機自動計算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。 </p><p>　　DNC(直接數控)技術始于20世紀60年代末期。它是使用一臺通用計算機，直接控制和管理一群數控機床及數控加工中心，進行多品種、多工序的自動加工。DNC群控技術是FMS柔性制造技術的基礎，現(xiàn)代數控機床上的DNC接口就是機床數控裝置與通用計算機之間進行數據傳送及通

20、訊控制用的，也是數控機床之間實現(xiàn)通訊用的接口。隨著DNC數控技術的發(fā)展，數控機床已成為無人控制工廠的基本組成單元。</p><p>　　20世紀90年代，出現(xiàn)了包括市場預測、生產決策、產品設計與制造和銷售等全過程均由計算機集成管理和控制的計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。其中，數控是其基本控制單元。</p><p>　　20世紀90年代，基于PC—NC的智能數控系統(tǒng)開始得到發(fā)展，它打破了原數控廠

21、家各自為政的封閉式專用系統(tǒng)結構模式，提供開放式基礎，使升級換代變得非常容易。充分利用現(xiàn)有PC機的軟硬件資源，使遠程控制、遠程檢測診斷能夠得以實現(xiàn)。</p><p>　　我國雖然早在1958年就開始研制數控機床，但由于歷史原因，一直沒有取得實質性成果。20世紀70年代初期，曾掀起研制數控機床的熱潮，但當時是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。1980年北京機床研究所引進日本FANUC5、7、3、6數控系統(tǒng)，上海機床

22、研究所引進美國GE公司的MTC—1數控系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進美國Bendix公司的DynapthLTDl0數控系統(tǒng)。在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，北京機床研究所又開發(fā)出BS03經濟型數控和BS04全功能數控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數控系統(tǒng)。</p><p>　　第2章 常用CAD/CAM軟件簡介</p><p>　　2.1 Master CAM</p>

23、<p>　　Master CAM是一種應用廣泛的中低檔CAD/CAM軟件，由美國CNC Software公司開發(fā)，V5.0以上運行于Windows或Windows NT。該軟件三維造型功能稍差，但操作簡便實用，容易學習。新的加工任選項使用戶具有更大的靈活性，如多曲面徑向切削和將刀具軌跡投影到數量不限的曲面上等功能。這個軟件還包括新的C軸編程功能，可順利將銑削和車削結合。其它功能，如直徑和端面切削、自動C軸橫向鉆孔、自動切削

24、與刀具平面設定等，有助于高效的零件生產。其后處理程序支持銑削、車削、線切割、激光加工以及多軸加工。另外，Master CAM提供多種圖形文件接口，如SAT、IGES、VDA、DXF、CADL以及STL等。</p><p>　　2.2 Cimatron E</p><p>　　Cimatron是Cimatron Technologies公司開發(fā)的，可運行于DOS、Windows或NT，是早期

25、的微機CAD/CAM軟件。其CAD部分支持復雜曲線和復雜曲面造型設計，在中小型模具制造業(yè)有較大的市場。在確定工序所用的刀具后，其NC模塊能夠檢查出應在何處保留材料不加工，對零件上符合一定幾何或技術規(guī)則的區(qū)域進行加工。通過保存技術樣板，可以指示系統(tǒng)如何進行切削，可以重新應用于其它加工件，即所謂基于知識的加工。該軟件能夠對含有實體和曲面的混合模型 進行加工。它還具有IGES、DXF、STA、CADL等多種圖形文件接口。</p>

26、<p>　　2.3 Pro/ENGINEER　</p><p>　　Pro/ENGINEER是美國參數技術公司(PTC)開發(fā)的CAD/CAM軟件，在我國也有較多用戶。它采用面向對象的統(tǒng)一數據庫和全參數化造型技術，為三維實體造型提供了一個優(yōu)良的平臺。其工業(yè)設計方案可以直接讀取內部的零件和裝配文件，當原始造型被修改后，具有自動更新的功能。其MOLDESIGN模塊用于建立幾何外形，產生模具的模芯和腔體，產生

27、精加工零件和完善的模具裝配文件。新近發(fā)布的20.0版本，提供最佳加工路徑控制和智能化加工路徑創(chuàng)建，允許NC編程人員控制整體的加工路徑直到最細節(jié)的部分。該軟件還支持高速加工和多軸加工，帶有多種圖形文件接口。</p><p><b>　　2.4 UG　</b></p><p>　　Unigraphics(UG)是美國EDS公司發(fā)布的CAD/CAE/CAM一體化軟件。廣泛應

28、用于航空航天、汽車、通用機械及模具等領域。國內外已有許多科研院所和廠家選擇了UG作為企業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)。UG可運行于Windows NT平臺，無論裝配圖還是零件圖設計，都從三維實體造型開始，可視化程度很高。三維實體生成后，可自動生成二維視圖，如三視圖、軸側圖、剖視圖等。其三維CAD是參數化的，一個零件尺寸修改，可致使相關零件的變化。該軟件還具有人機交互方式下的有限元解算程序，可以進行應變、應力及位移分析。UG的CAM模塊提供了一種

29、產生精確刀具路徑的方法，該模塊允許用戶通過觀察刀具運動來圖形化地編輯刀軌，如延伸、修剪等，其所帶的后處理程序支持多種數控機床。UG具有多種圖形文件接口，可用于復雜形體的造型設計，特別適合大型企業(yè)和研究所使用。</p><p><b>　　第3章 概 述</b></p><p>　　數控機床網絡DNC技術在我國經過二十多年的發(fā)展，也經歷了從紙帶到單機，再到簡單網絡，最

30、后發(fā)展成為高級網絡的艱苦歷程。紙帶方式已經基本完全拋棄；在機床數量較少時，有些用戶還在使用單機通訊模式；當機床數量發(fā)展到一定數量時，機床用戶一般都采用了網絡DNC的方式，但是，通過大量的調查，我們發(fā)現(xiàn)，我國數控機床的網絡DNC目前主要存在著兩種結構，一種是采用單臺計算機對應單臺機床的方式，這些計算機再通過局域網聯(lián)結，其結構如圖1-1所示；另一種是采用單臺計算機對應多臺機床的方式，其結構如圖1-2所示。（這里主要討論RS232模式的網絡通

31、訊，不考慮機床以太網絡和總線方式的通訊）。雖然這兩種模式在技術層面上相差懸殊，但據我們所知，采用單對單模式的用戶還是相當多的，“存在就是合理的”，為此，我們還是在下面就這兩種結構的DNC作一詳細的比較分析說明，以供廣大機床用戶參考。</p><p>　　圖1-1 單機對單機模式</p><p>　　圖1-2  單機對多機模式</p><p>　　目前，廣大

32、數控機床用戶對實行數控機床網絡DNC的管理已經達成了共識，但在真正實施過程中應該做到什么程度，取得何種效果還是不明確，在目前國內數控機床網絡DNC領域還存在著一些魚目混珠的現(xiàn)象，而且DNC又處在一個高速發(fā)展的階段，各種新的網絡結構、高新技術不斷涌現(xiàn)，更容易讓廣大數控機床用戶眼花繚亂，本文試圖在此作一個簡明的介紹。</p><p>　　第4章 什么是DNC</p><p>　　用一臺通用計算

33、機直接控制和管理一群數控機床進行零件加工或裝配的系統(tǒng)。</p><p>　　DNC功能是什么意義？1980年國際標準ISO2806對于DNC定義為“direct numerical control(直接數控)”。其概念為：“此系統(tǒng)使一群數控機床與公用零件程序或加工程序存儲器發(fā)生聯(lián)系。一旦提出請求，它立即把數據分配給有關機床”。有時也稱為“群控’”。這種技術在70年代到80年代的研制及應用表明，由于系統(tǒng)復雜，可靠性

34、差，因此得不到發(fā)展。在1994年頒布的 ISO2806定義 DNC為“distributed numerical control(分布式數控)”。因此DNC(Distributed Numerical Control)是實現(xiàn)CAD/CAM和計算機輔助生產管理系統(tǒng)集成的紐帶，是機械加工自動化的又一種形式。</p><p>　　目前，DNC系統(tǒng)的研究尚存在以下有待解決的技術問題有：①DNC系統(tǒng)體系結構的開放性不強。國

35、內大部分DNC系統(tǒng)局限于單一供應商的制造設備，平臺之間可移植性差，不同應用程序互操作能力有待提高，不利于系統(tǒng)集成；②DNC系統(tǒng)通信結構多為點對點式，或采用局域網加點對點式，不能很好地解決通信競爭問題；③DND系統(tǒng)與NCP和CAD的接口功能還很弱；④DNC系統(tǒng)控制軟件可重用性不強，需要進行面向對象設計和實現(xiàn)。本文提出了基于CORBA(通用對象請求代理結構)的車間層控制系統(tǒng)中DNC系統(tǒng)，給上述問題以很好的解答，并實現(xiàn)了軟件的編制及聯(lián)機調式。

36、</p><p>　　第5章 DNC系統(tǒng)簡介</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)體系的結構</p><p>　　DNC系統(tǒng)是基于CORBA車間層控制系統(tǒng)的一個功能單元，現(xiàn)在的企業(yè)面對的是一個多變的需求環(huán)境，因而車間層控制系統(tǒng)面對的加工任務也是多變的。這種變化包括生產零件的品種、類型、規(guī)格、產量和交貨期等多個因素的變化以及加工工藝路線隨生產任務的不同而變化等。這就需

37、要一個在時間和空間上都開放的車間層控制系統(tǒng)體系結構，以運行于不同硬件環(huán)境的異構計算機系統(tǒng)中，同時又能適應新技術的發(fā)展，容納新設備的增加。</p><p>　　在基于CORBA的車間層控制系統(tǒng)中，構造車間信息集成和共享的公共平臺是核心問題之一，我們采用基于客戶/服務器結構的分布式控制平臺(如Orbix)，既可以將傳統(tǒng)的遞階控制結構變換成更適合信息集成的分布或控制結構，又可適應不同產品制造過程(離散制造或連續(xù)制造)中

38、統(tǒng)一的生產管理和組織要求。</p><p>　　車間層控制系統(tǒng)總體結構分為三層：底層為系統(tǒng)支持層，由分布式計算環(huán)境和異構網絡集成系統(tǒng)兩個子層構成，提供底層的計算機系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)和數據系統(tǒng)等系統(tǒng)級功能；中間層為開放式分布處理層，提供統(tǒng)一的集成通信服務，由開放式分布處理平臺和應用程序接口組成，最上層為信息集成層，支持多客戶/服務器的分布式多數據庫集成系統(tǒng)，將現(xiàn)有的應用和數據信息集成到系統(tǒng)中。為實現(xiàn)控制結構的分布、數據

39、庫的分布以及系統(tǒng)功能的分布，提出的車間層控制系統(tǒng)軟件采用基于CORBA規(guī)范的分布式對象體系結構。</p><p>　　CORBA規(guī)范主要特點是實現(xiàn)軟件總線結構。所謂軟件總線的功能，就是起到類似于計算機系統(tǒng)硬件總線的作用，只要將應用模塊按總線規(guī)范作成軟插件，插入總線即可實現(xiàn)集成運行。實現(xiàn)軟件總線的核心系統(tǒng)稱為ORB(對象請求代理器)，它不僅支持標準的OMG對象模型，還具有分布進程管理和通信管理功能。此外，CORBA

40、定義了IDL(Interface Definition Language)語言，以描述軟件總線上的插銷。IDL提供了對成員系統(tǒng)的封裝和成員系統(tǒng)之間隔離，任何成員系統(tǒng)作為一個對象，通過IDL對其接口參數進行定義和說明，就可接到ORB上，為其它系統(tǒng)提供服務或向其它系統(tǒng)提出請求，達到即插即用效果。</p><p>　　車間層控制系統(tǒng)劃分為許多獨立的功能單元，每個功能單元對應于一個包含功能接口定義和實體的抽象對象，每類對

41、象的接口由屬性和操作組成，由IDL定義的其它功能單元可以透明訪問的服務以調用該對象的私有數據，具體功能的實現(xiàn)被封裝在實體里。我們將每類對象按照功能劃分成若干個子對象，將其設計成為可以直接插在CORBA軟件總線上的對象插件。這些對象插件按照各層客戶/服務器結構組成整個平臺系統(tǒng)。這種結構可以帶來長遠的利益，既能迅速增加對新的DBMS的應用、增加新的用戶界面，又能升級支持各種新功能。</p><p>　　5.2 DNC

42、系統(tǒng)的地位及功能</p><p>　　DNC系統(tǒng)作為車間層控制系統(tǒng)的一個功能單元。</p><p>　　DNC系統(tǒng)功能包括①NC程序及數據的傳遞，以某種通信協(xié)議(如Philip532等)實現(xiàn)通信功能；②機床狀態(tài)采集和上報；③根據工序計劃，自動分配NC程序及數據到相應機床；④刀具數據的分配與傳遞。</p><p>　　DNC系統(tǒng)軟件的功能模型，其中NC數據管理的主要功

43、能是對數控數據進行管理，主要有數控數據的顯示、插入、修改、刪除、更新、鎖定(不允許更改)和打印等操作；NC數據執(zhí)行的主要功能有：數控數據在計算機和機床之間的傳送、刪除機床上的數控數據、啟動機床上的數控程序、隨時從機床設備獲得工作狀態(tài)信息并存入數據庫，作為運行數據采集模塊評價加工過程的根據；DNC通訊接口通過DNC協(xié)議和數據鏈路協(xié)議建立單元控制系統(tǒng)和CNC的連接。</p><p>　　5.3 DNC系統(tǒng)軟件體系結構

44、</p><p>　　基于CORBA的DNC系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)平臺建立在車間層控制系統(tǒng)平臺的基礎上。我們將DNC系統(tǒng)體系結構劃分為三層的客戶/服務器結構，以將表示邏輯、業(yè)務邏輯和數據處理邏輯明確劃分開來。為此，表示層用來表示信息和收集數據，此處為由VB實現(xiàn)的可移植的DNC人機接口；業(yè)務層響應用戶(或其它的業(yè)務服務)發(fā)來的請求，執(zhí)行某種業(yè)務任務，此處為由VC＋＋來實現(xiàn)DNC應有程序及NC數據管理應用程序；數據層包括數據

45、的定義、維修、訪問和更新以及管理，并響應業(yè)務服務的數據請求，此處為經IDL功能接口定義封裝的NC局部數據庫(Access)服務器。這些層并不一定與網絡上的具體物理位置相對應，它們只是概念上的層，借助這些概念可以開發(fā)出健壯的、基于組件的應用程序。</p><p>　　使用圖3所示模型，可以把應用程序的需求分解成明確定義的服務。在定義了服務之后，需要進一步創(chuàng)建具體的物理組件來實現(xiàn)它們。根據性能和維護的需求、工作量、網

46、絡帶寬以及其它因素，可以在網絡上靈活地部署這些組件。</p><p>　　5.4 DNC系統(tǒng)軟件的數據模型</p><p>　　DNC系統(tǒng)軟件中涉及到數據實體包含四類：①與制造設備硬件相關的數據實體(如機床等)；②與人機通訊相關的數據實體(如通訊協(xié)議實體和串口通訊實體)；③數控數據實體(如NC程序號、刀具號、工序號)；④輸入操作指令或派工單實體。采用面向對象方法將上述實體抽象成為類，可分為

47、能力單元類、NC機床類、NC控制器類、通訊協(xié)議類、終端服務器類、串口通訊類、NC程序類等。</p><p>　　DNC應用程序中的對象從這些類中繼承下來，每個對象的方法即該對象的成員函數根據相應的功能需求來定義。下面以NC機床類的定義為例：</p><p>　　∥ncmach.h -NC Machine Class definations</p><p>　　∥NC

48、 Machines are part processors.For this class,a part is loaded,</p><p>　　∥a NC file is downloaded to the device,and the machine is started.</p><p>　　class MACHINE－TOOL｛</p><p>　　char

49、*  CurrentNCFile; ∥currently loaded NC file</p><p>　　int  FixtureStatus; ∥fixture status</p><p><b>　　public:</b></p><p>　　MACHINE－TOOL();</p>

50、<p>　　char* getCurrentNCFile();</p><p>　　void setCurrentNCFile(charF);</p><p>　　Int getFixtureStatus();</p><p>　　void setFixtureStatus(int S);</p><p>　　virtual in

51、t processPart(char PartName);</p><p>　　virtual int downloadNCFile(charFile);</p><p>　　virtual int stopMachine();</p><p>　　virtual in graspPart();</p><p>　　virtual int

52、 releasePart();</p><p><b>　?。?；</b></p><p>　　5.5 DNC系統(tǒng)的物理配置基本結構</p><p>　　基于CORBA的車間層控制系統(tǒng)需要兩種層次的互連。第一層是利用計算機局域網技術和協(xié)議軟件把由異構計算機組成的車間層控制器、設備控制器等互連起來，第二層是在這一互連的基礎上，實現(xiàn)各節(jié)點、各被控的異

53、構制造設備(如加工中心、機器人、PLC等)之間的信息交互，這種交互通過制造信息規(guī)范(MMS)實現(xiàn)。作為車間層控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，本文DNC系統(tǒng)的物理配置基本結構如下圖所示，主計算機通過網絡介質(具有獨立IP地址的終端服務器)分別連接多臺CNC系統(tǒng)實現(xiàn)NC程序的裝卸、刀具數據的傳遞、操作命令的下達和狀態(tài)信息的反饋。這是一種通過局域網連接起來的通信結構，它具有包括物理層、數據鏈路層、傳輸層及應用層等的四層結構，其中數據鏈路層采用LS

54、V2通訊協(xié)議，傳輸層采用DNC協(xié)議(如SINUMERIK或PHILIPS協(xié)議)。</p><p>　　第6章 數控機床網絡DNC的幾種模式</p><p>　　目前，數控機床網絡DNC一般采用三種網絡接口，即：基于串行通訊RS-232C模式，以太網絡模式和現(xiàn)場總線模式，以下分別做一簡要說明。</p><p>　　6.1 串行通訊RS-232C模式</p>

55、<p>　　目前，在DNC市場上通過RS-232C口通訊產品存在著兩種類型(包括三種結構)的產品，即帶機床操作盒和不帶機床操作盒兩種，其結構分別說明如下：</p><p>　　(1) 帶機床操作盒模式，如圖2-1所示：</p><p>　　圖5-1  DNC網絡結構圖形式一</p><p>　　這種連接方式是九十年代中期出現(xiàn)的模式，在當時大家

56、還普遍使用單機傳輸的年代此方式是一種創(chuàng)新，可以說它代表了當時我國DNC產品的最高水平。MOXA  C320Turbo 卡（或其它多路串行通訊卡）是通過ISA（或PCI）插卡的方式與計算機連接，再通過一根帶屏蔽的10芯電纜線接通訊模塊，每個通訊模塊帶8個通訊口，可以多個通訊模塊級聯(lián)，最多可以8個，每個計算機又可以擴展4個ISA（或PCI）插卡，這樣一臺計算機最多可以擴展256個RS-232口。通訊模塊與計算機之間距離不能太長，一

57、般在十幾米左右。程序的上傳和下載是通過操作機床操作盒來實現(xiàn)的（當然，數控端也還要進行相關的上傳下載操作）。</p><p>　　(2)新型帶機床操作盒模式，如圖2-2所示：</p><p>　　圖5-2  DNC網絡結構圖形式二</p><p>　　注意,此圖與上一圖的一個最大的區(qū)別是：MOXA的多路串口服務器變?yōu)镃N2516（或其它多路串口服務器），它是

58、一個局域網絡上的一個節(jié)點，通過HUB或交換機來與NC程序管理計算機相連的，這樣，它可以放在車間的任一固定位置上，大大減少了車間到計算機室之間的布線，只需一根網線即可，另外，CN2516還可以多臺計算機上安裝其驅動程序，多臺計算機同時監(jiān)視控制，給用戶的維護工作也帶來方便。</p><p>　　(3) 現(xiàn)代模式（不帶機床操作盒），如圖2-3所示：</p><p>　　圖5-3  DN

59、C網絡結構圖形式三</p><p>　　此類型是在上一類型的基礎上變化而來,它去掉了機床操作盒,連接更簡單,其它通訊功能完全一樣，甚至可以做得更強，更方便。目前市場上大部分DNC廠商提供的產品均是基于此模式下的。</p><p>　　由于去掉了機床操作盒，程序發(fā)送和接受程序的文件名稱等通訊信息就需要由CNC來發(fā)送，一般的做法是：在CNC上編制一個特殊的程序（此程序并不真正執(zhí)行，所以并不需要

60、關注它是否符合語法規(guī)則），其中包含一些特征字符串來表達發(fā)送程序或接收程序，比如：    （A）程序請求         %         O1000       

61、0;（/GETXXXX）  （其中XXXX代表需要請求下傳的文件名稱）         M30         %    編制好此文件后，先將此文件發(fā)送給計算機，計算機接收到此文件后就進行分析，如果是請求文件下載指令，就生成一個程序下

62、載隊列，等待機床發(fā)送開始下傳指令后就將請求程序下傳。</p><p>　?。˙）程序發(fā)送    程序發(fā)送時，只需在原程序中加入特征字符行即可，此代表你希望在計算機上保存的文件名稱。例如：         %        

63、; O1000         （/NAME XXXX）  （XXXX代表希望在計算機上保存的文件名稱）         …         M30   

64、;      %         當前文件上傳到計算機上后，計算機如果分析到特征字符/NAME（特征字符的型式應根據系統(tǒng)的特殊要求而定，在此僅作示意），就將當前文件保存到其后的字符串所代表的文件中，如果未找到特征字符則保存到“O1000.NC”中（即程序號前加字母O）。</p><p&g

65、t;　　6.2 現(xiàn)場總線模式</p><p>　　雖然目前在數控車間DNC系統(tǒng)中應用最為廣泛的就是RS-232串行通訊接口，但是當DNC主機連接的CNC設備比較多時，就存在著連線多、通訊復雜的問題，而且串行接口可靠性差、速度低，基于這些問題，迫使人們去尋求更好的解決方案。</p><p>　　現(xiàn)場總線（Field Bus）是應用在工業(yè)現(xiàn)場、在微機化控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數字通信的系

66、統(tǒng)，是國際上20世紀90年代蓬勃發(fā)展起來的新技術。它的應用形成了新型的網絡集成式分布控制系統(tǒng)。它能同時滿足過程控制自動化和制造自動化的需要。由于現(xiàn)場總線是基于數字通信的，因此在現(xiàn)場與控制室之間能進行多變量雙向通訊。為解決數據大量高速傳輸、實時性、通訊距離等問題，發(fā)展高速化數據通訊技術及大量使用現(xiàn)場總線（Field Bus）就成為必須。未來十年集成系統(tǒng)將是Field Bus時代。現(xiàn)場總線采用了三層網絡結構——物理層、數據鏈路層和應用層，其

67、體系結構如圖2-4所示。目前現(xiàn)場總線已有好多種類，應用較多的有CAN(Controller Area Network)、LON（Local Operating Network）、Profibus等。下面僅以CAN總線方式說明現(xiàn)場總線在DNC中的應用。</p><p>　　圖2-4 現(xiàn)場總線的體系結構</p><p>　　作為工業(yè)現(xiàn)場控制的網絡系統(tǒng)，可靠性和實時性是最主要的要求，CAN總線

68、在這方面有很多獨到的特點：首先為滿足可靠性要求，CAN總線采用了循環(huán)冗余碼校驗、框架檢測、確認信號出錯檢測、總線監(jiān)控、位填充等幾種錯誤檢測和糾錯措施，從而達到了很高的可靠性，平均誤碼率小于10-13；其次，CAN采用了獨特的位仲裁技術，比CSMA/CD網（IEEE802.3）和令牌網(IEEEE802.4)具有更高的實時性；此外CAN總線傳輸速率可達1Mbps，遠距離傳輸可達10km，接口簡單，安裝方便，系統(tǒng)成本低。傳輸介質可以是雙絞線

69、、同軸電纜或光導纖維。CAN總線的拓撲結構如圖2-5所示。</p><p><b>　　6.3 局域網模式</b></p><p>　　隨著計算機應用技術和網絡技術的迅速發(fā)展，數控系統(tǒng)的功能也得到了極大的提高，由此，在近幾年中，在DNC領域又出現(xiàn)了一種新型的數控機床網絡DNC型式---基于以太網絡的DNC。</p><p>　　由于技術的不斷發(fā)

70、展，網絡和開放概念的不斷深入，技術的開放性被大家一致認同，世界上各著名數控系統(tǒng)制造商紛紛投資研制DNC通訊接口，提供符合MAP標準的DNC網絡接口選件和通訊軟件，如FANUC的0I（MB）以上的數控系統(tǒng)均具有DNC網絡接口選件，并提供了開發(fā)接口庫，第三方開發(fā)商可以在此基礎上進行二次開發(fā)，由此可以形成功能強大的真正的DNC，可以對數控機床進行全面的控制。采用局域網通訊方式大大提高了NC程序管理的效率，同時，通過TCP/IP通訊協(xié)議進行網絡

71、通訊的局域網模式即將成為一種普及的方式，其系統(tǒng)連接如下圖所示：</p><p>　　圖2-6  局域網式DNC系統(tǒng)結構圖</p><p>　　現(xiàn)場總線方式和局域網方式能夠長距離連接多種現(xiàn)場設備，但是現(xiàn)場總線必須有自己的專用協(xié)議，必須采用相應的開發(fā)工具和開發(fā)平臺，價格比較昂貴，且不同的廠商不同的設備間難以做到互操作。</p><p>　　第7章 數控機床網絡

72、DNC基本功能</p><p>　　其實，數控機床網絡DNC采用什么網絡結構并不是最重要的，關鍵是DNC系統(tǒng)能給用戶提供什么樣的服務，用戶從中能獲得多大的效益。由DNC本身的定義來看，其在生產現(xiàn)場所扮演的角色也是不斷發(fā)展變化的，由對設備“直接數字控制”演變成“分布式數字控制”，DNC的基本功能主要歸納如下：</p><p><b>　　7.1 通訊功能</b><

73、/p><p>　　NC程序的雙向傳輸：所有數控設備實施聯(lián)網集中管理，利用網絡進行NC程序（包括機床參數，刀補文件，宏程序等）的雙向傳輸，從而實現(xiàn)NC程序的海量存儲、集成化管理。    客戶/服務器結構：將每臺數控機床定義為客戶端設備，利用數控系統(tǒng)自身的通訊端口（如RS－232，以太網絡，現(xiàn)場總線等）、通訊功能，操作工可在數控機床端進行數據的雙向傳輸以及訪問管理服務器端數據的全部操作，服

74、務器端對數控端的操作請求自動進行相關處理而無需人為干預。    群控與距離：單臺計算機管理數控機床群；通訊距離可達到幾公里。    DNC網絡的并發(fā)操作：保證所有入網數控設備可在同一時刻進行并發(fā)式的通訊傳輸。    DNC在線加工：全客戶端方式的DNC在線加工，可保證諸如斷點續(xù)傳、子程序調用等功能均可由操作工在數控端實現(xiàn)。 

75、60;  交互式事件響應機制：數控端的每一項操作都應有消息反饋，即無論操作是否正確，操作工在數控設備端都能夠得到提示信息文件。    數據共享：讓操作工可在本地數控設備訪問其它數控設備或虛擬機床信息，方便零件的轉移加工。</p><p>　　支持長文件名稱：NC程序名稱在WINDOWS平臺上實現(xiàn)長文件名管理，并在程序傳輸時與程序號自動轉換。</p><

76、p>　　通訊日志：記錄工作者所有通訊過程，并對記錄的信息進行分類查詢。</p><p>　　信息采集：通過機床的宏程序變量輸出功能，實現(xiàn)機床加工信息的實時采集，并可以實時匯總機床使用效率、零件加工工時、刀具使用壽命等信息。</p><p>　　網絡通訊平臺：利用DNC通訊網絡發(fā)送加工任務、刀具信息、工藝信息和加工成績匯報等，以實現(xiàn)生產信息的初步集成。</p><p

77、><b>　　7.2 控制功能</b></p><p>　　在普通的RS-232C串行通訊口的網絡模式下，DNC無法做到對數控機床的實時控制，一般來說只有采用以太網式DNC或采用現(xiàn)場總線式DNC才可以達到此目的，其主要控制功能如下：    CNC網絡設置：</p><p>　　設置聯(lián)網CNC的IP地址、端口地址 

78、60;  CNC狀態(tài)監(jiān)視：</p><p>　　加工狀態(tài)：加工中、空閑、報警、故障信息    聯(lián)網狀態(tài)：聯(lián)機、脫機</p><p>　　位置信息：絕對位置、相對位置、機械位置、剩余移動量、進給速度    歷史記錄：報警歷史記錄、操作履歷    CNC遠程控制<

79、/p><p><b>　　顯示各種機床參數</b></p><p><b>　　設置各種機床參數</b></p><p>　　顯示NC程序各種信息：如內存大小，程序數等</p><p>　　選擇NC程序：選擇當前加工程序、查找任意NC程序</p><p>　　編輯NC程序：編輯C

80、NC系統(tǒng)中的NC程序</p><p>　　刪除NC程序：直接刪除CNC系統(tǒng)中的NC程序</p><p><b>　　清除報警歷史記錄</b></p><p><b>　　清除操作履歷</b></p><p>　　系統(tǒng)復位：通過遠程CNC復位</p><p>　　遠程啟動：通過

81、遠程啟動加工</p><p>　　遠程暫停：通過遠程暫停加工</p><p>　　第8章 數控機床網絡DNC發(fā)展方向</p><p>　　數控機床DNC網絡技術將在單項技術的基礎上，應用計算機網絡通信技術，實現(xiàn)信息的高度集成，并向CIMS方向發(fā)展。DNC網絡今后發(fā)展的要點如下：</p><p>　　8.1 新型網絡通訊技術</p>

82、<p>　　正如上面討論的那樣，新型網絡通訊技術有兩種，即以太網絡和現(xiàn)場總線方式，對數控系統(tǒng)制造商來說，向開放式系統(tǒng)發(fā)展，即將PC微機技術融合到數控系統(tǒng)中，應用界面MS-WINDOWS化，充分利用PC微機主流操作系統(tǒng)MS-WINDOWS龐大的軟件資源，使數控系統(tǒng)聯(lián)網通信更加便捷。目前越來越多的CNC制造商為其CNC提供了以太網絡接口和現(xiàn)場總線接口。開放式數控系統(tǒng)有兩種方式：    PC-CN

83、C：在PC微機的基礎上融合CNC功能。    CNC-PC：在CNC系統(tǒng)融合PC微機的功能。</p><p>　　8.2 無線通信技術</p><p>　　采用無線通信技術，實現(xiàn)計算機與數控機床間通訊無線化，以減少現(xiàn)場施工，縮短工期。無線Modem技術指標如下所示：    帶RS-232C接口  

84、0; 2.4GHZ，無需辦理頻率申請。    高速（119Kbps）、高可靠性。    有效通信距離100～200m。</p><p>　　8.3信息的高度集成</p><p>　　采集更完備的機床信息，為車間生產管理提供第一手信。智能分析采集的信息。對設備進行實時控制。與ERP，PDM，MES等系統(tǒng)真正無縫聯(lián)結。</p

85、><p>　　第9章 總結及創(chuàng)新探討</p><p>　　上面所介紹的幾種DNC模式，近十年來筆者都曾進行了大量的實驗、開發(fā)，有些模式已形成了成熟的產品。以上所述內容如有不當之處敬請批評指正。</p><p>　　總之，在我國，數控機床網絡DNC經過十多年來的發(fā)展，經歷了艱難曲折的發(fā)展道路，如今在高新技術不斷發(fā)展的年代取得了長足的進步，但是，目前除了基于RS-232C串

86、口通訊的模式下出現(xiàn)了有限的幾款優(yōu)秀DNC產品外，在局域網絡和現(xiàn)場總線方式下只是作了一些有限的探討，還未出現(xiàn)成熟的產品，還需要廣大同仁再接再勵，為我國制造業(yè)作出更大的貢獻！衷心祝愿數控機床網絡DNC之花在廣袤的制造業(yè)市場上燦爛地開放！</p><p>　　要想在激烈競爭的國際工程機械行業(yè)占有一席之地，必須加強產品創(chuàng)新，加速實現(xiàn)主導產品的機電液一體化，增加產品的技術含量，開發(fā)出具有國際領先水平的高附加值產品。產品創(chuàng)新

87、設計必須緊緊圍繞產品上市時間、產品質量、產品成本及服務來開展。本文在產品創(chuàng)新方法方面進行了一些探討。</p><p>　　9.1 研究市場 開拓創(chuàng)新</p><p>　　在計劃經濟年代，企業(yè)只是單純的生產部門。所生產的產品汕國家包銷，企業(yè)沒有或很少有市場意識，創(chuàng)新動力不足，造成產品幾十年不變。 在市場經濟下，競爭日趨激烈，企業(yè)只有推出被市場接受的產品，才能生存下去。因此

88、，企業(yè)必須下大力氣研究分析市場、開拓市場，從市場和客戶處取得新產品開發(fā)和老產品改造的需求信息，通過技術創(chuàng)新不適應市場競爭和客戶需求的產品，要求做好產品規(guī)劃，開展產品創(chuàng)新開發(fā)和技術創(chuàng)新研究，以增加企業(yè)的實力、發(fā)展后勁和競爭能力。 </p><p><b>　　9.2 資源創(chuàng)新 </b></p><p>　　人力資源（人及其組織）是影響產品創(chuàng)新設計的關鍵。必須采取有效措施

89、發(fā)揮技術人員的創(chuàng)造能力，建立吸引高層技術人才并讓其在技術研究及產品開發(fā)中發(fā)揮核心作用的用人機制，站在企業(yè)長遠發(fā)展的戰(zhàn)略高度合理使用和培養(yǎng)高層次技術人才。為實現(xiàn)企業(yè)的近、遠期目標，建立相應的技術開發(fā)體系（組織），實施多層次的技術開發(fā)，并有相應機構對技術開發(fā)經費的使用及項目進行管理和評估。 </p><p>　　9.3 開發(fā)手段創(chuàng)新 </p><p>　　傳統(tǒng)的產品設計方法大多是模仿或經驗設計

90、，設計手段落后。初級CAD的應用主要在計算機繪圖、改圖、編制明細表等方面，而三維CAD設計、有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計、信息與電子技術等現(xiàn)代設計理論方法在工程機械產品設計開發(fā)中的應用仍然很少，造成品種單一、結構陳舊，由此帶來產品市場競爭力不強，企業(yè)經濟效益低下。 </p><p>　　提高和增強企業(yè)的產品開發(fā)手段，是增強技術創(chuàng)新能力的有效方法。信息及其它高新技術的發(fā)燕尾服和成熟應用，為企業(yè)產品開發(fā)手段創(chuàng)新開

91、辟了有效的途徑。隨時著以CAD技術為代表的信息技術在產品開發(fā)中的深入應用，將開創(chuàng)嶄新的產品開發(fā)模式—數字化產品設計，由此帶來設計觀念、設計方法、組織形式的全面創(chuàng)新，將迎來工程機械產品設計的現(xiàn)代化。 </p><p>　　9.4 開發(fā)組織形式的創(chuàng)新 </p><p>　　在信息技術的支持下，產品開發(fā)的組織形式正向并行設計模式發(fā)展。所謂并行設計是對產品開發(fā)中的每一個過程都盡早考慮相關的各種因素

92、。并行設計改變了傳統(tǒng)的串行工作方法，使得在設計階段就可能有制造和行銷服務人員的介入和彼此信息交互，可以避免失誤，避免反復，拉強綜合協(xié)同，以提高產品開發(fā)全過程（設計/工藝/制造/市場/服務）的質量，縮短產品開發(fā)周期和降低產品整個生命周期的成本。并行設計是對傳統(tǒng)產品開發(fā)組織方式的創(chuàng)新，是激烈的市場信息競爭的必然產物。 </p><p>　　9.5 保護和利用知識產權 </p><p>　　企業(yè)

93、產品創(chuàng)新開發(fā)就是要應用和體現(xiàn)自身的專有技術，并以專利的形式來保護創(chuàng)新成果。企業(yè)在新產品開發(fā)與技術研究的各個環(huán)節(jié)，對專利應有強烈的意識。決策技術開發(fā)方向時，要廣泛了解國內外專利發(fā)展動態(tài)；研究開發(fā)新產品時，應檢索專利文獻，以提高創(chuàng)新開發(fā)起點，確保項目具有先進水平；研究開發(fā)新技術和新產品過程中，要注意技術保密，并及時申請專利，以保護企業(yè)的知識產權；開發(fā)新產品過程中，應利用新技術（包括專利技術）為企業(yè)服務。 </p><p&

94、gt;　　9.6 試驗方法和手段的創(chuàng)新 </p><p>　　激烈的市場競爭，要求新產品的性能和可靠性試驗，必須改變過去用戶試驗的落后模式，對創(chuàng)新成果要認真進行臺架試驗和工業(yè)性可靠性試驗。通過試驗方法和手段的創(chuàng)新，提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力，提高產品的可靠性和市場競爭力。 </p><p>　　工業(yè)化國家在工程機械發(fā)展過程中，十分重視產品的工業(yè)性可靠試驗，設置建造各種試驗臺和試驗室，不僅對各部件

95、的材料、強度、物理、化學特性等進行多項試驗研究，而且從系統(tǒng)和整機上進行各種性能、環(huán)境和新技術的應用試驗研究和基礎試驗研究，如進行結構疲勞強度、土壤—機器系統(tǒng)、牽引動力學、電子控制技術、液壓與液力傳達室動、人機工程、振動、環(huán)境和噪聲、節(jié)能等試驗研究。</p><p>　　產品是企業(yè)發(fā)展的龍頭。因此，抓住產品創(chuàng)新就是抓住了企業(yè)的生命線，而企業(yè)的創(chuàng)新能力是企業(yè)取勝的關鍵。</p><p><

96、;b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、韓江 網絡數控系統(tǒng)的概念及其技術內容 中國機械工程， 2001 (10) ， 1～5</p><p>　　2、張潔 智能化數控加工單元的遠程操作與控制系統(tǒng) 中國機械工程， 1998 (12) ， 7～22</p><p>　　3、周奇 基于網絡的數控制造技術 機電工程，2002 ， 24～27&l

97、t;/p><p>　　4、賈振原 遠程控制快速成型加工技術研究 大連理工大學學報， 2001 ， 7～24</p><p>　　5、王建峰 一種基于Internet 的遠程監(jiān)控系統(tǒng) 制造業(yè)信息化， 2002 (3) ， 7～24</p><p>　　6、史旭明 基于PC 的開放式數控系統(tǒng)在Intranet 中的應用 組合機床與自動化加工技術， 2001 ， 7～31&l