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一種基于宏指令的數(shù)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(jī)床的加工信息占有很重要地位，沒有這些信息，生產(chǎn)管理和調(diào)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(jī)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(xù)加工；對于模具等復(fù)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，簡單的工件件數(shù)統(tǒng)計(jì)已經(jīng)滿足不了生產(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(diào)度過程的優(yōu)化，機(jī)床利用率的提高機(jī)床具有重要的意義。中國碩士論文網(wǎng)提供大量免費(fèi)金融碩士論文,如有業(yè)務(wù)需求請咨詢網(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(yīng)用比較多，它們主要利用CCD 采集圖像監(jiān)控整個(gè)加工過程、監(jiān)控功率曲線獲取加工進(jìn)度信息以及人工觀測統(tǒng)計(jì)工件的加工進(jìn)度。機(jī)械加工車間的生產(chǎn)加工環(huán)境復(fù)雜，如多塵、多灰、多油，此時(shí)采用傳統(tǒng)方法CCD 長期對現(xiàn)場加工信息進(jìn)行采集，其結(jié)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(shè)備支出。企業(yè)普遍采用的人工統(tǒng)計(jì)加工進(jìn)度方法，它受人為因素制約，難以保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。目前，有研究通過監(jiān)控NC 程序的執(zhí)行監(jiān)控加工進(jìn)度，但僅限于統(tǒng)計(jì)各指令的執(zhí)行次數(shù)及時(shí)間，不能提供詳盡準(zhǔn)確的加工進(jìn)度信息。
考慮到加工進(jìn)度信息采集的準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)性，方便的應(yīng)用性及設(shè)備支出，本文提出一種基于宏指令數(shù)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(jī)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(tǒng)訪問調(diào)用。這種方法實(shí)現(xiàn)數(shù)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(tǒng)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(zhǔn)確能力。
1 NC 代碼結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
與數(shù)控機(jī)床工件加工進(jìn)度采集的提出一般而言，完整的數(shù)控加工程序由四個(gè)部分組成：程序開始符及結(jié)束符，程序號，程序內(nèi)容（若干程序段），程序結(jié)束。一個(gè)程序段完成一個(gè)動(dòng)作，如快退，定位，直線或圓弧插補(bǔ)，也可實(shí)現(xiàn)一種功能，如調(diào)用子程序，完成多孔加工。
但目前數(shù)控代碼還沒一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家都有自己的一套標(biāo)準(zhǔn)，雖然大都根據(jù)ISO 標(biāo)準(zhǔn)，但一般均有擴(kuò)展。不同廠家，會(huì)有不同的擴(kuò)展指令；同一廠家不同類型數(shù)控系統(tǒng)，擴(kuò)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(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、及換刀等。利用數(shù)控代碼對加工進(jìn)度進(jìn)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(yīng)不同的數(shù)控指令系統(tǒng)，不僅需要對通用的基礎(chǔ)指令解釋分析，而且要對不同數(shù)控系統(tǒng)擴(kuò)展指令進(jìn)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(shè)備實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)。加工前按2.4 所示格式指定加工進(jìn)度相關(guān)數(shù)據(jù)并通過外部通信宏指令嵌入到NC 程序，加工時(shí)數(shù)控機(jī)床通過串口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(shù)據(jù)庫。這種方法減少了采集設(shè)備支出，排除環(huán)境及人為因素干擾，能夠準(zhǔn)確無誤地掌握工件加工進(jìn)度信息。
2 數(shù)控加工進(jìn)度信息
采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采用 Visual C++為開發(fā)工具編制用戶界面，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床通信，初始設(shè)置，數(shù)據(jù)處理，添加嵌入進(jìn)度信息的指令，進(jìn)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(kuò)展，添加支持其他系統(tǒng)擴(kuò)展指令動(dòng)態(tài)鏈接庫，實(shí)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(jìn)度信息
采集系統(tǒng)的工作流程＝，用戶首先進(jìn)行初始設(shè)置，選擇機(jī)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(jī)床上傳到本地), 調(diào)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RS232 串口下載至數(shù)控機(jī)床；加工時(shí)工件的加工進(jìn)度信息通過外部通信宏指令由機(jī)床發(fā)送到采集系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終進(jìn)度信息在本地終端顯示并通過網(wǎng)絡(luò)上傳至企業(yè)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，供企業(yè)生產(chǎn)部門和車間調(diào)度室等需要部門查詢及調(diào)用。
2.2 NC 程序中加工
進(jìn)度信息的嵌入為了在加工過程中采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地從機(jī)床接收工件加工進(jìn)度信息，需要準(zhǔn)確地識別及嵌入NC 程序的加工進(jìn)度信息，這也是數(shù)控加工進(jìn)度信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
NC 文件中加工進(jìn)度信息的嵌入流程 所示，它說明了加工進(jìn)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(jī)床下載的NC 文件。
2)預(yù)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(bǔ)方式；根據(jù)初始設(shè)置模塊中設(shè)置的工藝參數(shù)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始、加工停止、換刀動(dòng)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(biāo)及插補(bǔ)方式判定輪廓形狀，如直線、逆時(shí)針圓弧、順時(shí)針圓弧。
5)擴(kuò)展指令語意分析。根據(jù)初始設(shè)置模塊的參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)用對應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫，進(jìn)一步分析NC 程序，確定其各語句功能及相應(yīng)的加工進(jìn)度信息。如Funac oi-Ma 系統(tǒng)中G74表示鉆孔�？筛鶕�(jù)所用戶使用的系統(tǒng)增加對應(yīng)動(dòng)態(tài)鏈接庫，擴(kuò)展采集系統(tǒng)所支持的數(shù)控系統(tǒng)類型。
6)加工進(jìn)度信息分析。由幾何信息、加工信息、輔助信息、機(jī)床信息、刀具信息及輪廓信息等，確定NC 程序執(zhí)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(jù)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(jī)床。
2.3 數(shù)控程序工件進(jìn)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(shè)備輸入/輸出設(shè)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(guān)閉指令PCLOS，在全部數(shù)據(jù)輸出指令已經(jīng)完成時(shí)使用，以解除與外部設(shè)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(jìn)度信息的組成方式：機(jī)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(jìn)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(shè)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(jìn)度
表示以工步為單位，構(gòu)造一個(gè)鏈表，不同結(jié)點(diǎn)描述工件加工進(jìn)度的不同狀態(tài)信息。鏈表各結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用實(shí)例及分析本文中，基于外部通信宏指令的數(shù)控加工進(jìn)度狀態(tài)信息采集系統(tǒng)在某FUNAC Oi-MA系統(tǒng)機(jī)床上進(jìn)行驗(yàn)證。加工的工件為一殼體，其結(jié)構(gòu)示意簡圖如圖3 所示。
2）系統(tǒng)采集加工進(jìn)度信息，進(jìn)行驗(yàn)證。開始采集后，加工時(shí)采集系統(tǒng)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，并通過網(wǎng)絡(luò)把2.5 結(jié)構(gòu)體各結(jié)點(diǎn)參數(shù)上傳至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，供企業(yè)生產(chǎn)部和車間調(diào)度室等需要部門動(dòng)態(tài)查詢及調(diào)用。本地終端用戶界面圖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(jī)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(shù)為0，并對加工時(shí)間等信息做出統(tǒng)計(jì)。經(jīng)比較，此結(jié)果與車間現(xiàn)場機(jī)床的實(shí)際加工過程和工藝規(guī)劃保持一致，驗(yàn)證了本方法的可行性。
4 結(jié)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(jìn)度信息的新方法，并建立了數(shù)控程序中嵌入加工進(jìn)度信息的流程，據(jù)此，在加工過程中，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)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(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)形式共享，供其他系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)用，提高網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù) ,幫助管理人員準(zhǔn)確了解加工動(dòng)態(tài)，對企業(yè)生產(chǎn)管理和規(guī)劃進(jìn)行判斷、調(diào)整和決策。
傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)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(tǒng)計(jì)，難以對制造加工過程進(jìn)行高效的管理。通過試驗(yàn)可知，這是一種可行、準(zhǔn)確的數(shù)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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