DNC系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

梁棟

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081）

DNC系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

梁棟

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081）

構(gòu)建基于以太網(wǎng)的DNC機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，與企業(yè)局域網(wǎng)聯(lián)接，實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理，程序經(jīng)驗得以充分保存，數(shù)控程序可重復(fù)利用率得到提高；數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化管理，數(shù)控程序的集中編制、版本控制、加工仿真、NC程序的下載與上傳等規(guī)范化管理，提高了工作效率；數(shù)控機床運行信息的實時采集，為合理安排數(shù)控機床作業(yè)提供了數(shù)據(jù)支持，提高了數(shù)控機床的利用率。

DNC；機床聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字化制造

0 概述

DNC（Distributed Numerical Control）分布式數(shù)字控制，是現(xiàn)代化機械加工車間的一種運行模式，它以數(shù)控技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，把與制造過程有關(guān)的設(shè)備（如數(shù)控機床等）與上層控制計算機集成起來，實現(xiàn)制造車間制造設(shè)備的集中控制管理以及制造設(shè)備之間、制造設(shè)備與上層計算機之間的信息交換，是實現(xiàn)數(shù)字化車間的基礎(chǔ)[1-4]。

1 DNC系統(tǒng)的總體架構(gòu)

DNC系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，分為企業(yè)局域網(wǎng)和DNC系統(tǒng)局域網(wǎng)2個網(wǎng)絡(luò)。在2個局域網(wǎng)之間安裝防火墻，有效防止信息通過DNC系統(tǒng)局域網(wǎng)傳輸和擴散，也可防止DNC系統(tǒng)局域網(wǎng)感染來自企業(yè)局域網(wǎng)的病毒。

圖1 DNC系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)采用雙服務(wù)器形式，通信服務(wù)器配置程序傳輸服務(wù)端和機床采集監(jiān)控端；數(shù)據(jù)服務(wù)器配置數(shù)據(jù)庫服務(wù)端、程序管理服務(wù)端和機床數(shù)據(jù)采集服務(wù)端。

數(shù)控機床通過串口服務(wù)器或網(wǎng)卡聯(lián)接到DNC局域網(wǎng)，數(shù)控程序經(jīng)過審批流程后下發(fā)到通信服務(wù)器，機床操作者在機床面板上把所需的數(shù)控程序下載到機床進(jìn)行加工。通信服務(wù)器通過智能采集終端或網(wǎng)卡采集數(shù)控機床實時運行狀態(tài)信息，并把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)控機床的實時狀態(tài)監(jiān)控和采集。

2 DNC系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 硬件

（1）為實現(xiàn)通信功能，對于能夠通過網(wǎng)卡進(jìn)行通信的機床，直接通過網(wǎng)卡與DNC局域網(wǎng)連接。對于不能通過網(wǎng)卡進(jìn)行通信的機床，在機床端安裝串口服務(wù)器，將機床的RS232接口轉(zhuǎn)換成RJ45接口，再與DNC局域網(wǎng)連接。

（2）為實現(xiàn)機床監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能，對于能夠通過網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的機床，直接通過網(wǎng)卡進(jìn)行采集。對于不能通過網(wǎng)卡直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的機床，通過安裝智能采集終端實現(xiàn)機床信息的采集。

2.2 軟件

DNC機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由CIMCO DNC-Max機床聯(lián)網(wǎng)通信模塊、CIMCO NCBASE數(shù)控程序管理模塊、CIMCO EDIT數(shù)控程序的編輯 與仿真模塊、CIMCO MDC-MAX機床監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集模塊4部分組成。

（1）通信模塊。CIMCO DNC-Max通信模塊主要實現(xiàn)機床與服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信，主要功能包括數(shù)控程序的上傳、下載、機床參數(shù)備份等功能。該通信模塊可兼容多種數(shù)控設(shè)備，支持Fanuc，Siemens，Heidenhain，Mazak，F(xiàn)agor等控制系統(tǒng)聯(lián)。系統(tǒng)在傳輸數(shù)控程序過程中有強大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠方便地對數(shù)控程序進(jìn)行前處理和后處理。針對不同的機床控制系統(tǒng)，可以在傳輸過程中對程序的特殊字符進(jìn)行替換、增加、刪除等簡單處理。

（2）程序管理模塊。CIMCO NCBase程序管理模塊構(gòu)架于客戶端/服務(wù)器體系，產(chǎn)品數(shù)據(jù)集中放置在服務(wù)器中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲和共享。程序管理模塊包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的管理、數(shù)控程序的流程管理、人員權(quán)限的管理、安全管理、版本管理、產(chǎn)品及機床管理。

（3）程序編輯 仿真模塊。CIMCO Edit是數(shù)控編程專業(yè)軟件，具有數(shù)控程序編輯 、智能比較、刀位軌跡的三維模擬等功能。該模塊具有智能化的文件比較功能，能輕松地標(biāo)示出2個文件（或不同版本）的數(shù)據(jù)差異、錯行或漏行，并可以馬上修改。三維刀位軌跡動態(tài)模擬功能，可以形象、直觀、高效地檢查程序的錯誤隱患。

（4）機床監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集模塊。CIMCO MDC-Max數(shù)據(jù)采集模塊用于機床信息的實時采集。包括遠(yuǎn)程監(jiān)控機床運行狀態(tài)（運行、空閑、故障、關(guān)機等狀態(tài)），實時獲知每臺機床的當(dāng)前加工工件和工件生產(chǎn)數(shù)量等信息。

3 DNC系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 程序?qū)徟鞒痰脑O(shè)計

（1）計算機端編程的程序?qū)徟鞒獭D2為實施DNC系統(tǒng)后在計算機端編程以數(shù)控程序為主線的工作流程。

圖2 計算機端編程審批流程

①編程：編程人員利用數(shù)控程序編制軟件集中編制聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的NC程序；

②仿真和編輯 ：DNC系統(tǒng)讀取CAM軟件編制的NC程序，并進(jìn)行仿真，對仿真結(jié)果有問題的NC程序，進(jìn)行編輯 、修改和仿真；

③首件加工：經(jīng)過審批后，DNC服務(wù)器將NC程序發(fā)送到機床端，機床操作者進(jìn)行首件加工；

④程序修改：對首件加工零件有問題的程序，進(jìn)行編輯 、修改和仿真；

⑤定型歸檔：對首件加工的零件進(jìn)行檢驗并經(jīng)審批后，將NC代碼定型、歸檔，存入DNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中；

⑥加工生產(chǎn)：機床操作者依據(jù)任務(wù)單和設(shè)計圖、工藝過程卡，從DNC服務(wù)器下載NC程序，進(jìn)行加工生產(chǎn)。

機床操作者不參與程序的編制、編輯 及仿真，只需從DNC服務(wù)器下載NC程序，對有異議的NC程序提出質(zhì)疑和修改請求，加工完成后將運行后的程序上傳到DNC系統(tǒng)服務(wù)器，并下載下一個生產(chǎn)任務(wù)所需的NC程序。

（2）機床端編程的程序?qū)徟鞒獭D3為實施DNC系統(tǒng)后在機床端編程以數(shù)控程序為主線的工作流程。機床端編程的工作流程與計算機端編程的工作流程的區(qū)別主要是編程位置及方式不同，而首件加工、定型及生產(chǎn)加工均相同。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用介紹

（1）編程員客戶端可實現(xiàn)的功能。編程人員根據(jù)加工工藝，通過CAM軟件生成數(shù)控程序并添加到CIMCO Ncbase數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過程序的編輯 仿真、流程審簽后下發(fā)到機床。圖4所示為CIMCO EDIT數(shù)控程序的編輯 與仿真模塊界面。

（2）管理人員客戶端可實現(xiàn)的功能。管理人員通過客戶端獲取機床實時狀態(tài)、當(dāng)前加工任務(wù)、操作人員等信息，并以電子看板和電子地圖的形式顯示。系統(tǒng)提供統(tǒng)計報告和統(tǒng)計分析功能，以餅圖、柱圖、折線圖、統(tǒng)計表格等多種形式展示統(tǒng)計、分析結(jié)果，為工廠管理水平的提升、生產(chǎn)效率的提高提供有力的技術(shù)支持。

（3）操作人員機床端可實現(xiàn)的功能。操作者直接在機床控制面板下載所需要的加工程序，并可以批量下載加工程序，提高下載效率，在機床控制面板上能夠直接查詢DNC服務(wù)器上的程序清單、程序大小、編程日期等。操作者可上傳在機床端編寫的數(shù)控程序，服務(wù)器自動接收、自動命名、自動保存。

圖3 機床端編程審批流程

4 DNC系統(tǒng)實施效果

（1）實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化管理。構(gòu)建基于以太網(wǎng)的DNC網(wǎng)絡(luò)，改變了當(dāng)前數(shù)控機床單機通信方式，實現(xiàn)了數(shù)控機床的集中控制和網(wǎng)絡(luò)化管理。

圖4 CIMCO EDIT數(shù)控程序的編輯 與仿真模塊界面

（2）實現(xiàn)數(shù)控程序的規(guī)范化管理。利用完善的程序簽署流程、準(zhǔn)確的權(quán)限管理、方便的版本管理以及良好的可追溯性，實現(xiàn)了編程過程的一體化和對NC程序全生命周期的跟蹤管理，提高了NC程序的規(guī)范化管理水平；規(guī)范了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蚬芾恚瑥母旧媳苊饬顺绦虻恼`調(diào)用，以及因程序錯誤而出現(xiàn)批次報廢的情況；傳輸過程中的多重檢驗機制，確保程序傳輸?shù)陌踩煽俊?/p>

（3）實現(xiàn)數(shù)控機床信息的實時采集。實時采集數(shù)控機床的運行信息，掌握數(shù)控機床的實時狀態(tài)，為合理安排數(shù)控機床作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而提高數(shù)控機床的利用率。

［1］白萍，周春，張良德.分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC在離散制造業(yè)的應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2010，（2）.

［2］崔洪坤.數(shù)控機床DNC通信在車間級網(wǎng)絡(luò)化制造中的應(yīng)用研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2008.

［3］荊懷靖，黃仁立.DNC系統(tǒng)在航天制造企業(yè)實施和應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2006（9）.

［4］閆偉國，王敏杰，何祝林，等.DNC技術(shù)的內(nèi)涵和發(fā)展[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2001（8）.

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.27