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一種基于宏指令的數(shù)控加工進度采集方法
0 引言
在網(wǎng)絡化集成制造中，底層機床的加工信息占有很重要地位，沒有這些信息，生產管理和調度過程的優(yōu)化無法完成。操作人員管理和操作多臺數(shù)控機床進行加工時，需要隨時掌握加工進度，以便在一些特殊工步后，對工件進行尺寸檢測后再繼續(xù)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，加工時間較長，簡單的工件件數(shù)統(tǒng)計已經(jīng)滿足不了生產管理優(yōu)化的需求，也要求獲取工件加工進度信息。操作與管理人員掌握工件加工進度信息，對于確保加工任務的按時按需完成，輔助時間的縮短，生產管理及調度過程的優(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)務需求請咨詢網(wǎng)站客服人員！
目前，工件生產進度自動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(jiān)控整個加工過程、監(jiān)控功率曲線獲取加工進度信息以及人工觀測統(tǒng)計工件的加工進度。機械加工車間的生產加工環(huán)境復雜，如多塵、多灰、多油，此時采用傳統(tǒng)方法CCD 長期對現(xiàn)場加工信息進行采集，其結果往往存在偏差。CCD 與監(jiān)控功率曲線均需要傳感器、采集卡等硬件，增加了設備支出。企業(yè)普遍采用的人工統(tǒng)計加工進度方法，它受人為因素制約，難以保證統(tǒng)計結果的準確性和實時性。目前，有研究通過監(jiān)控NC 程序的執(zhí)行監(jiān)控加工進度，但僅限于統(tǒng)計各指令的執(zhí)行次數(shù)及時間，不能提供詳盡準確的加工進度信息。
考慮到加工進度信息采集的準確性，實時性，方便的應用性及設備支出，本文提出一種基于宏指令數(shù)控加工進度采集方法。加工前在NC 程序中嵌入包含加工進度信息的程序段，加工時機床上傳工件加工進度信息至本地終端及服務器，供相關制造系統(tǒng)訪問調用。這種方法實現(xiàn)數(shù)控加工中工件進度信息的自動采集, 有效地支持網(wǎng)絡化制造中的制造系統(tǒng)對工件加工進度信息的動態(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
與數(shù)控機床工件加工進度采集的提出一般而言，完整的數(shù)控加工程序由四個部分組成：程序開始符及結束符，程序號，程序內容（若干程序段），程序結束。一個程序段完成一個動作，如快退，定位，直線或圓弧插補，也可實現(xiàn)一種功能，如調用子程序，完成多孔加工。
但目前數(shù)控代碼還沒一個統(tǒng)一的標準，各個數(shù)控系統(tǒng)生產廠家都有自己的一套標準，雖然大都根據(jù)ISO 標準，但一般均有擴展。不同廠家，會有不同的擴展指令；同一廠家不同類型數(shù)控系統(tǒng)，擴展指令也不同。但對于同一類系統(tǒng)，它們基本功能大同小異，如數(shù)控銑床系統(tǒng)，其基本功能均支持快速定位、直線插補、圓弧插補、及換刀等。利用數(shù)控代碼對加工進度進行判斷，必須先解釋NC 代碼的語意，而不同數(shù)控系統(tǒng)指令不盡相同，為了適應不同的數(shù)控指令系統(tǒng)，不僅需要對通用的基礎指令解釋分析，而且要對不同數(shù)控系統(tǒng)擴展指令進行解釋分析。
FUNAC 及HAAS 等數(shù)控系統(tǒng)具有外部通信指令DPRNT，可以指定向外部設備實時輸出數(shù)據(jù)。加工前按2.4 所示格式指定加工進度相關數(shù)據(jù)并通過外部通信宏指令嵌入到NC 程序，加工時數(shù)控機床通過串口RS232 和企業(yè)局域網(wǎng)上傳工件加工進度信息至本地終端及服務器的數(shù)據(jù)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，能夠準確無誤地掌握工件加工進度信息。
2 數(shù)控加工進度信息
采集系統(tǒng)的實現(xiàn)采用 Visual C++為開發(fā)工具編制用戶界面，實現(xiàn)與機床通信，初始設置，數(shù)據(jù)處理，添加嵌入進度信息的指令，進度顯示及數(shù)據(jù)上傳共享等功能。本系統(tǒng)主要針對FUNAC Oi-MA,FUNAC Oi-MB, FUNAC Oi-T, HAAS 等系統(tǒng)，可根據(jù)用戶需要擴展，添加支持其他系統(tǒng)擴展指令動態(tài)鏈接庫，實現(xiàn)多種數(shù)控系統(tǒng)的集成。查看淺探利用空氣和土壤換熱系統(tǒng)。
2.1 工件加工進度信息
采集系統(tǒng)的工作流程＝，用戶首先進行初始設置，選擇機床系統(tǒng)類型，批量，單件，配置工藝規(guī)劃信息及通信參數(shù)等；采集系統(tǒng)讀入NC 文件(本地或從機床上傳到本地), 調用加工進度信息嵌入模塊在NC 文件中嵌入包含加工進度信息的指令，修改后的NC 文件通過RS232 串口下載至數(shù)控機床；加工時工件的加工進度信息通過外部通信宏指令由機床發(fā)送到采集系統(tǒng)，系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，最終進度信息在本地終端顯示并通過網(wǎng)絡上傳至企業(yè)服務器的數(shù)據(jù)庫，供企業(yè)生產部門和車間調度室等需要部門查詢及調用。
2.2 NC 程序中加工
進度信息的嵌入為了在加工過程中采集系統(tǒng)能夠實時、準確地從機床接收工件加工進度信息，需要準確地識別及嵌入NC 程序的加工進度信息，這也是數(shù)控加工進度信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵。
NC 文件中加工進度信息的嵌入流程 所示，它說明了加工進度信息的判斷及嵌入過程。
下面對該流程做出說明：
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)通用指令語意分析。分析通用的數(shù)控指令語意。記錄每條G 指令的起始、終止位置及插補方式；根據(jù)初始設置模塊中設置的工藝參數(shù)和對加工進度有影響的GM 碼及相關TFSXYZR 等信息初步判斷其加工開始、加工停止、換刀動作、加工類型、粗精加工等。
4)輪廓判定。根據(jù)G 指令執(zhí)行前后位置坐標及插補方式判定輪廓形狀，如直線、逆時針圓弧、順時針圓弧。
5)擴展指令語意分析。根據(jù)初始設置模塊的參數(shù)動態(tài)調用對應數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)鏈接庫，進一步分析NC 程序，確定其各語句功能及相應的加工進度信息。如Funac oi-Ma 系統(tǒng)中G74表示鉆孔。可根據(jù)所用戶使用的系統(tǒng)增加對應動態(tài)鏈接庫，擴展采集系統(tǒng)所支持的數(shù)控系統(tǒng)類型。
6)加工進度信息分析。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(zhí)行時的工件加工進度信息。
7)嵌入加工進度信息指令。根據(jù)工件加工進度信息按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(shù)控程序工件進度
信息輸出在 NC 代碼中使用數(shù)控系統(tǒng)的外部輸出指令DPRNT, POPEN, PCLOS。打開指令POPEN，在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸出指令DPRNT 指定需要的輸出數(shù)據(jù)。關閉指令PCLOS，在全部數(shù)據(jù)輸出指令已經(jīng)完成時使用，以解除與外部設備輸入/輸出的鏈接。
2.4 嵌入數(shù)據(jù)格式
2.4.1 工件的工藝規(guī)劃信息
加工進度信息的組成方式：機床編號+工件編號+數(shù)控程序編號+開(停)。如，N-001*N-530-01*O0001*STR 表示工件N-530-01 在N-001 上的加工開始，使用的數(shù)控程序編號為0001。
2.4.2 工件的加工狀態(tài)信息
加工進度信息的組成方式：加工輪廓(加工類型)+刀具+開始(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(shù)選擇添加。如FLAT*T01*STR*O0010 表示加工平面開始，刀具號為01，使用子數(shù)控程序編號為0010。
2.5 工件加工進度
表示以工步為單位，構造一個鏈表，不同結點描述工件加工進度的不同狀態(tài)信息。鏈表各結點的結構，應用實例及分析本文中，基于外部通信宏指令的數(shù)控加工進度狀態(tài)信息采集系統(tǒng)在某FUNAC Oi-MA系統(tǒng)機床上進行驗證。加工的工件為一殼體，其結構示意簡圖如圖3 所示。
2）系統(tǒng)采集加工進度信息，進行驗證。開始采集后，加工時采集系統(tǒng)自動采集工件的加工進度信息，本地終端實時顯示工件加工的進度信息，并通過網(wǎng)絡把2.5 結構體各結點參數(shù)上傳至服務器的數(shù)據(jù)庫，供企業(yè)生產部和車間調度室等需要部門動態(tài)查詢及調用。本地終端用戶界面圖4 所示，其工件加工的進度信息如下：編號為N-530-01 的工件在編號為001機床上進行加工，已完成工序3 的工步1（銑平面），正在進行工步2（鉆中心孔），已加工件數(shù)為0，并對加工時間等信息做出統(tǒng)計。經(jīng)比較，此結果與車間現(xiàn)場機床的實際加工過程和工藝規(guī)劃保持一致，驗證了本方法的可行性。
4 結束語
針對具有外部通信宏指令的數(shù)控系統(tǒng)，提出了一種分析NC 代碼獲取工件加工進度信息的新方法，并建立了數(shù)控程序中嵌入加工進度信息的流程，據(jù)此，在加工過程中，實時、準確獲取工件的加工進度狀態(tài)。
2)工件加工的進度信息上傳至制造企業(yè)數(shù)據(jù)服務器的數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)形式共享，供其他系統(tǒng)動態(tài)調用，提高網(wǎng)絡制造系統(tǒng)中工件加工信息的透明度，可以給生產管理者提供實時、動態(tài)、準確的數(shù)據(jù) ,幫助管理人員準確了解加工動態(tài)，對企業(yè)生產管理和規(guī)劃進行判斷、調整和決策。
傳統(tǒng)的數(shù)控機床不提供加工進度信息，使得操作和管理人員只能依靠人工進行粗略統(tǒng)計，難以對制造加工過程進行高效的管理。通過試驗可知，這是一種可行、準確的數(shù)控加工進度采集的方法，具有一定實用性和價值。
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