數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化方法研究

摘要：本文對(duì)數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的可行性、必要性進(jìn)行了分析。從組網(wǎng)結(jié)構(gòu)上對(duì)數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化方法進(jìn)行研究，闡述了不同結(jié)構(gòu)下機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化;串口;CAD/CAM;DNC

1.引言

信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使世界經(jīng)濟(jì)正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的革命，這場(chǎng)革命對(duì)于制造業(yè)的影響也極其重大，使得機(jī)床開始向數(shù)控機(jī)床柔性制造系統(tǒng)的方向發(fā)展，而當(dāng)前主要是以運(yùn)用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠的網(wǎng)絡(luò)化制造為主要發(fā)展趨勢(shì)^[1]。整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化制造的基礎(chǔ)是設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，而設(shè)備層的網(wǎng)絡(luò)化制造包括設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障診斷、設(shè)備資源的異地共享和設(shè)備及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視等方面。

2機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的必要性和可行性

2.1機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的必要性

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷成熟和完善，數(shù)控機(jī)床的加工精度，加工速度，穩(wěn)定性等指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)較高的水平，提高企業(yè)生產(chǎn)效率的途徑正在從提升單臺(tái)機(jī)床的加工能力向?qū)崿F(xiàn)整個(gè)車間的網(wǎng)絡(luò)化控制轉(zhuǎn)變^[2]。對(duì)于整套的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線整體加工流程的前提，而對(duì)于數(shù)控機(jī)床獨(dú)立加工的車間，進(jìn)行整個(gè)車間數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，同樣是提高生產(chǎn)效率，確保機(jī)床加工安全性和可靠性的有力手段。

2.2 機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的可行性

網(wǎng)絡(luò)化制造給企業(yè)帶來生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也對(duì)機(jī)床產(chǎn)生了兩個(gè)基本的要求：一是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，即機(jī)床本身能夠應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成;二是信息技術(shù)，即機(jī)床本身要支持管理軟件對(duì)其信息進(jìn)行采集和管理。較為先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)能夠滿足以上的兩個(gè)要求，本身帶有網(wǎng)絡(luò)接口，可以方便、快捷地實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)與服務(wù)器及機(jī)床之間的數(shù)據(jù)交換。對(duì)于只具有串行通信的數(shù)控機(jī)床來說，可以通過RS232端口實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的接收和發(fā)送，這種信息傳送方式就是DNC（Direct Numerical Control），同樣可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化。

3數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化方法分析

網(wǎng)絡(luò)化制造的前提就是用電子計(jì)算機(jī)對(duì)具有數(shù)控裝置的機(jī)床群直接進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制和管理，這就是DNC（Direct Numerical Control）。機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、局域網(wǎng)線、CAD/CAM計(jì)算機(jī)、CNCLINK-4.0管理系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主控機(jī)、遠(yuǎn)程通訊接口、通訊電纜、數(shù)控機(jī)床。其中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、局域網(wǎng)線、CAD/CAM系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床是企業(yè)已存在的資源。按照數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化連接的要求將數(shù)控機(jī)床分為兩種，一種是具有網(wǎng)絡(luò)接口的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，另一種是只具有串行通信接口的傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床。

3.1 串口通信數(shù)控機(jī)床組網(wǎng)

3..1局域網(wǎng)結(jié)合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式結(jié)構(gòu)

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)車間局域網(wǎng)和Internet的連接。具有DNC接口的數(shù)控機(jī)床，可直接通過串行通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和機(jī)床信息的采集，對(duì)于不具有DNC接口的數(shù)控機(jī)床，需要為計(jì)算機(jī)添加信息采集卡。機(jī)床操作人員在計(jì)算機(jī)上通過瀏覽器獲取數(shù)控程序、作業(yè)計(jì)劃等制造數(shù)據(jù)，把需要下載的數(shù)據(jù)，下載到本地計(jì)算機(jī)上，再通過串行傳輸通信軟件把數(shù)控程序傳輸給數(shù)控機(jī)床，這屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上瀏覽和編輯數(shù)控程序，查看計(jì)劃、零件圖形和工件加工配置信息，同時(shí)計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行工件加工狀態(tài)收集、工序數(shù)據(jù)和勞動(dòng)力數(shù)據(jù)收集。但是由于為每臺(tái)數(shù)控機(jī)床均配置計(jì)算機(jī)，導(dǎo)致車間內(nèi)的計(jì)算機(jī)過多，企業(yè)的一次性投資過大，投資回報(bào)期長，后期還存在大量計(jì)算機(jī)的維護(hù)工作和機(jī)床操作人員的培訓(xùn)工作。

3.1.2 局域網(wǎng)一對(duì)多式結(jié)構(gòu)

由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給企業(yè)的一次性投資較大，可以考慮采用一臺(tái)多串口設(shè)備服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)數(shù)控設(shè)備與以太網(wǎng)的連接，這樣在以太網(wǎng)上的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以對(duì)該網(wǎng)絡(luò)中的任意一臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工程序、零件圖形下載上傳等操作，這種結(jié)構(gòu)屬于一對(duì)多式。

這種結(jié)構(gòu)具有降低成本的優(yōu)勢(shì)，在采用功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器時(shí)，其數(shù)據(jù)采集和下載的性能也是可以保證的，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。但當(dāng)作為連接多臺(tái)計(jì)算機(jī)的服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，其所連接的機(jī)床網(wǎng)絡(luò)將全部無法使用，而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式則不用擔(dān)心這樣的問題，機(jī)床與機(jī)床之間互不影響。

3.1.3采用具有以太網(wǎng)接口PLC的局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

還可以應(yīng)用具有以太網(wǎng)接口的串口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)車間局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）和數(shù)控機(jī)床串行通信口的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。如果考慮同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和機(jī)床信息采集功能，串口服務(wù)器可采用具有以太網(wǎng)接口的可編程邏輯控制器（PLC），這種可編程邏輯控制器同時(shí)具有信號(hào)輸入輸出口、串行通信接口和以太網(wǎng)接口，其串行通信口與機(jī)床的串行接口連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，而信號(hào)輸入口和機(jī)床的信息采集點(diǎn)連接實(shí)現(xiàn)信息的采集。把這種適應(yīng)DNC通信系統(tǒng)要求的串口服務(wù)器稱為DNC控制器，可集成在數(shù)控機(jī)床控制柜中。根據(jù)數(shù)控機(jī)床通信協(xié)議，可編制不同的通信軟件并保存在串口服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)DNC的構(gòu)建，如圖1。

這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能夠減少計(jì)算機(jī)的數(shù)量，從而降低投資回報(bào)期，是一種簡潔高效的解決方案，同時(shí)這還能針對(duì)不同類型的數(shù)控設(shè)備開發(fā)通訊程序，建立通訊協(xié)議庫。其缺點(diǎn)是，與采用一臺(tái)服務(wù)器連接多個(gè)機(jī)床相比，對(duì)每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床安裝這樣一個(gè)DNC控制器的成本相對(duì)較高。

3.2車間網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)

要實(shí)現(xiàn)整個(gè)車間的網(wǎng)絡(luò)化，應(yīng)該根據(jù)車間所具有機(jī)床數(shù)量和數(shù)控系統(tǒng)情況具體分析，圖2是車間網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)的示意圖，其中包括一對(duì)多的局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用具有以太網(wǎng)接口的可編程邏輯控制器（PLC）的結(jié)構(gòu)，還包含了可以采用網(wǎng)絡(luò)接口直接連接到以太網(wǎng)的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。這就構(gòu)成了車間的DNC平臺(tái)，再將各個(gè)機(jī)床的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之后就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床程序和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程讀取和操作，同時(shí)還可以提取機(jī)床的故障信息等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷的功能。

4 結(jié)語

整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化制造的基礎(chǔ)是設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，而設(shè)備層的網(wǎng)絡(luò)化制造包括設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障診斷、設(shè)備資源的異地共享和設(shè)備及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視等方面，這些功能的實(shí)現(xiàn)，尤其是對(duì)不同數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)具有很大的挑戰(zhàn)，值得進(jìn)一步研究和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1]史晉芳，張華，吳健.基于嵌入式的數(shù)控網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007（8）.

[2]汪惠芬，劉婷婷，張友良.基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程管理[J].機(jī)床與液壓，2007（10）..

作者簡介：德懿，女，1983年5月生，工程師，自動(dòng)化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士。沈陽機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。