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一種基于宏指令的數控加工進(jìn)度采集方法
0 引言
在網(wǎng)絡(luò )化集成制造中，底層機床的加工信息占有很重要地位，沒(méi)有這些信息，生產(chǎn)管理和調度過(guò)程的優(yōu)化無(wú)法完成。操作人員管理和操作多臺數控機床進(jìn)行加工時(shí)，需要隨時(shí)掌握加工進(jìn)度，以便在一些特殊工步后，對工件進(jìn)行尺寸檢測后再繼續加工；對于模具等復雜工件和大型工件加工，多為單件或小批量加工，加工時(shí)間較長(cháng)，簡(jiǎn)單的工件件數統計已經(jīng)滿(mǎn)足不了生產(chǎn)管理優(yōu)化的需求，也要求獲取工件加工進(jìn)度信息。操作與管理人員掌握工件加工進(jìn)度信息，對于確保加工任務(wù)的按時(shí)按需完成，輔助時(shí)間的縮短，生產(chǎn)管理及調度過(guò)程的優(yōu)化，機床利用率的提高機床具有重要的意義。中國碩士論文網(wǎng)提供大量免費金融碩士論文,如有業(yè)務(wù)需求請咨詢(xún)網(wǎng)站客服人員！
目前，工件生產(chǎn)進(jìn)度自動(dòng)識別與跟蹤的研究與應用比較多，它們主要利用CCD 采集圖像監控整個(gè)加工過(guò)程、監控功率曲線(xiàn)獲取加工進(jìn)度信息以及人工觀(guān)測統計工件的加工進(jìn)度。機械加工車(chē)間的生產(chǎn)加工環(huán)境復雜，如多塵、多灰、多油，此時(shí)采用傳統方法CCD 長(cháng)期對現場(chǎng)加工信息進(jìn)行采集，其結果往往存在偏差。CCD 與監控功率曲線(xiàn)均需要傳感器、采集卡等硬件，增加了設備支出。企業(yè)普遍采用的人工統計加工進(jìn)度方法，它受人為因素制約，難以保證統計結果的準確性和實(shí)時(shí)性。目前，有研究通過(guò)監控NC 程序的執行監控加工進(jìn)度，但僅限于統計各指令的執行次數及時(shí)間，不能提供詳盡準確的加工進(jìn)度信息。
考慮到加工進(jìn)度信息采集的準確性，實(shí)時(shí)性，方便的應用性及設備支出，本文提出一種基于宏指令數控加工進(jìn)度采集方法。加工前在NC 程序中嵌入包含加工進(jìn)度信息的程序段，加工時(shí)機床上傳工件加工進(jìn)度信息至本地終端及服務(wù)器，供相關(guān)制造系統訪(fǎng)問(wèn)調用。這種方法實(shí)現數控加工中工件進(jìn)度信息的自動(dòng)采集, 有效地支持網(wǎng)絡(luò )化制造中的制造系統對工件加工進(jìn)度信息的動(dòng)態(tài)提取，提升企業(yè)信息化集成的敏捷及準確能力。
1 NC 代碼結構及特點(diǎn)
與數控機床工件加工進(jìn)度采集的提出一般而言，完整的數控加工程序由四個(gè)部分組成：程序開(kāi)始符及結束符，程序號，程序內容（若干程序段），程序結束。一個(gè)程序段完成一個(gè)動(dòng)作，如快退，定位，直線(xiàn)或圓弧插補，也可實(shí)現一種功能，如調用子程序，完成多孔加工。
但目前數控代碼還沒(méi)一個(gè)統一的標準，各個(gè)數控系統生產(chǎn)廠(chǎng)家都有自己的一套標準，雖然大都根據ISO 標準，但一般均有擴展。不同廠(chǎng)家，會(huì )有不同的擴展指令；同一廠(chǎng)家不同類(lèi)型數控系統，擴展指令也不同。但對于同一類(lèi)系統，它們基本功能大同小異，如數控銑床系統，其基本功能均支持快速定位、直線(xiàn)插補、圓弧插補、及換刀等。利用數控代碼對加工進(jìn)度進(jìn)行判斷，必須先解釋NC 代碼的語(yǔ)意，而不同數控系統指令不盡相同，為了適應不同的數控指令系統，不僅需要對通用的基礎指令解釋分析，而且要對不同數控系統擴展指令進(jìn)行解釋分析。
FUNAC 及HAAS 等數控系統具有外部通信指令DPRNT，可以指定向外部設備實(shí)時(shí)輸出數據。加工前按2.4 所示格式指定加工進(jìn)度相關(guān)數據并通過(guò)外部通信宏指令嵌入到NC 程序，加工時(shí)數控機床通過(guò)串口RS232 和企業(yè)局域網(wǎng)上傳工件加工進(jìn)度信息至本地終端及服務(wù)器的數據庫。這種方法減少了采集設備支出，排除環(huán)境及人為因素干擾，能夠準確無(wú)誤地掌握工件加工進(jìn)度信息。
2 數控加工進(jìn)度信息
采集系統的實(shí)現采用 Visual C++為開(kāi)發(fā)工具編制用戶(hù)界面，實(shí)現與機床通信，初始設置，數據處理，添加嵌入進(jìn)度信息的指令，進(jìn)度顯示及數據上傳共享等功能。本系統主要針對FUNAC Oi-MA,FUNAC Oi-MB, FUNAC Oi-T, HAAS 等系統，可根據用戶(hù)需要擴展，添加支持其他系統擴展指令動(dòng)態(tài)鏈接庫，實(shí)現多種數控系統的集成。查看淺探利用空氣和土壤換熱系統。
2.1 工件加工進(jìn)度信息
采集系統的工作流程＝，用戶(hù)首先進(jìn)行初始設置，選擇機床系統類(lèi)型，批量，單件，配置工藝規劃信息及通信參數等；采集系統讀入NC 文件(本地或從機床上傳到本地), 調用加工進(jìn)度信息嵌入模塊在NC 文件中嵌入包含加工進(jìn)度信息的指令，修改后的NC 文件通過(guò)RS232 串口下載至數控機床；加工時(shí)工件的加工進(jìn)度信息通過(guò)外部通信宏指令由機床發(fā)送到采集系統，系統進(jìn)行數據處理，最終進(jìn)度信息在本地終端顯示并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上傳至企業(yè)服務(wù)器的數據庫，供企業(yè)生產(chǎn)部門(mén)和車(chē)間調度室等需要部門(mén)查詢(xún)及調用。
2.2 NC 程序中加工
進(jìn)度信息的嵌入為了在加工過(guò)程中采集系統能夠實(shí)時(shí)、準確地從機床接收工件加工進(jìn)度信息，需要準確地識別及嵌入NC 程序的加工進(jìn)度信息，這也是數控加工進(jìn)度信息采集系統實(shí)現的關(guān)鍵。
NC 文件中加工進(jìn)度信息的嵌入流程 所示，它說(shuō)明了加工進(jìn)度信息的判斷及嵌入過(guò)程。
下面對該流程做出說(shuō)明：
1)NC 文件。本地或從機床下載的NC 文件。
2)預處理。分行讀入NC 文件，逐行存儲。
3)通用指令語(yǔ)意分析。分析通用的數控指令語(yǔ)意。記錄每條G 指令的起始、終止位置及插補方式；根據初始設置模塊中設置的工藝參數和對加工進(jìn)度有影響的GM 碼及相關(guān)TFSXYZR 等信息初步判斷其加工開(kāi)始、加工停止、換刀動(dòng)作、加工類(lèi)型、粗精加工等。
4)輪廓判定。根據G 指令執行前后位置坐標及插補方式判定輪廓形狀，如直線(xiàn)、逆時(shí)針圓弧、順時(shí)針圓弧。
5)擴展指令語(yǔ)意分析。根據初始設置模塊的參數動(dòng)態(tài)調用對應數控系統的動(dòng)態(tài)鏈接庫，進(jìn)一步分析NC 程序，確定其各語(yǔ)句功能及相應的加工進(jìn)度信息。如Funac oi-Ma 系統中G74表示鉆孔�？筛鶕脩�(hù)使用的系統增加對應動(dòng)態(tài)鏈接庫，擴展采集系統所支持的數控系統類(lèi)型。
6)加工進(jìn)度信息分析。由幾何信息、加工信息、輔助信息、機床信息、刀具信息及輪廓信息等，確定NC 程序執行時(shí)的工件加工進(jìn)度信息。
7)嵌入加工進(jìn)度信息指令。根據工件加工進(jìn)度信息按2.4 所示格式在NC 代碼中增添宏指令。
8)新NC 文件。形成新NC 文件，上傳至機床。
2.3 數控程序工件進(jìn)度
信息輸出在 NC 代碼中使用數控系統的外部輸出指令DPRNT, POPEN, PCLOS。打開(kāi)指令POPEN，在數據輸出命令之前使用，以建立與外部設備輸入/輸出設備的鏈接。數據輸出指令DPRNT 指定需要的輸出數據。關(guān)閉指令PCLOS，在全部數據輸出指令已經(jīng)完成時(shí)使用，以解除與外部設備輸入/輸出的鏈接。
2.4 嵌入數據格式
2.4.1 工件的工藝規劃信息
加工進(jìn)度信息的組成方式：機床編號+工件編號+數控程序編號+開(kāi)(停)。如，N-001*N-530-01*O0001*STR 表示工件N-530-01 在N-001 上的加工開(kāi)始，使用的數控程序編號為0001。
2.4.2 工件的加工狀態(tài)信息
加工進(jìn)度信息的組成方式：加工輪廓(加工類(lèi)型)+刀具+開(kāi)始(停止)..粗(半精、精)..子程序編號。其中粗加工( 半精、精) 、子程序編號可選，由設置的參數選擇添加。如FLAT*T01*STR*O0010 表示加工平面開(kāi)始，刀具號為01，使用子數控程序編號為0010。
2.5 工件加工進(jìn)度
表示以工步為單位，構造一個(gè)鏈表，不同結點(diǎn)描述工件加工進(jìn)度的不同狀態(tài)信息。鏈表各結點(diǎn)的結構，應用實(shí)例及分析本文中，基于外部通信宏指令的數控加工進(jìn)度狀態(tài)信息采集系統在某FUNAC Oi-MA系統機床上進(jìn)行驗證。加工的工件為一殼體，其結構示意簡(jiǎn)圖如圖3 所示。
2）系統采集加工進(jìn)度信息，進(jìn)行驗證。開(kāi)始采集后，加工時(shí)采集系統自動(dòng)采集工件的加工進(jìn)度信息，本地終端實(shí)時(shí)顯示工件加工的進(jìn)度信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把2.5 結構體各結點(diǎn)參數上傳至服務(wù)器的數據庫，供企業(yè)生產(chǎn)部和車(chē)間調度室等需要部門(mén)動(dòng)態(tài)查詢(xún)及調用。本地終端用戶(hù)界面圖4 所示，其工件加工的進(jìn)度信息如下：編號為N-530-01 的工件在編號為001機床上進(jìn)行加工，已完成工序3 的工步1（銑平面），正在進(jìn)行工步2（鉆中心孔），已加工件數為0，并對加工時(shí)間等信息做出統計。經(jīng)比較，此結果與車(chē)間現場(chǎng)機床的實(shí)際加工過(guò)程和工藝規劃保持一致，驗證了本方法的可行性。
4 結束語(yǔ)
針對具有外部通信宏指令的數控系統，提出了一種分析NC 代碼獲取工件加工進(jìn)度信息的新方法，并建立了數控程序中嵌入加工進(jìn)度信息的流程，據此，在加工過(guò)程中，實(shí)時(shí)、準確獲取工件的加工進(jìn)度狀態(tài)。
2)工件加工的進(jìn)度信息上傳至制造企業(yè)數據服務(wù)器的數據庫，以數據形式共享，供其他系統動(dòng)態(tài)調用，提高網(wǎng)絡(luò )制造系統中工件加工信息的透明度，可以給生產(chǎn)管理者提供實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準確的數據 ,幫助管理人員準確了解加工動(dòng)態(tài)，對企業(yè)生產(chǎn)管理和規劃進(jìn)行判斷、調整和決策。
傳統的數控機床不提供加工進(jìn)度信息，使得操作和管理人員只能依靠人工進(jìn)行粗略統計，難以對制造加工過(guò)程進(jìn)行高效的管理。通過(guò)試驗可知，這是一種可行、準確的數控加工進(jìn)度采集的方法，具有一定實(shí)用性和價(jià)值。
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