数控毕业论文13 (2).doc
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1、I 摘 要 数控是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中 显示出很大的优越性。 网络在数控中的广乏应用必定带来制造技术的飞跃发展,尤 其是在航空、军事、民用、航天中带了质的变化。我国在上面的 研究还处于开始阶段。 本文主要讲述了DNC的发展和在数控中的应用,简述了它的概 念,定义。介绍了远程终端在数控中的起的作用,主要还是介绍 的关于DNC在制造中的一些应用。 关键词:数控技术、DNC、CAM、CAD、无线通信、NC 数据 II 目 录 前 言1 第 1 章 数控技术概述2 1.1 数控及数控技术的基本概念 .2 1.1.1 数字控制(数控)及数控技术 .2 1.1.2 数控系统2 1
2、.1.3 数控系统的分类2 1.2 数控加工技术的发展历程 .3 第 2 章 常用 CAD/CAM 软件简介5 2.1 MASTER CAM.5 2.2 CIMATRON E .5 2.3 PRO/ENGINEER 5 2.4 UG .6 第 3 章 概 述7 第 4 章 什么是 DNC 9 第 5 章 DNC 系统简介 .10 5.1 控制系统体系的结构 10 5.2 DNC 系统的地位及功能 .11 5.3 DNC 系统软件体系结构 .12 5.4 DNC 系统软件的数据模型 .12 5.5 DNC 系统的物理配置基本结构 .14 第 6 章 数控机床网络 DNC 的几种模式.15 6.1
3、 串行通讯 RS-232C 模式 15 6.2 现场总线模式 18 6.3 局域网模式 20 第 7 章 数控机床网络 DNC 基本功能.22 7.1 通讯功能 22 7.2 控制功能 23 第 8 章 数控机床网络 DNC 发展方向.25 8.1 新型网络通讯技术 25 8.2 无线通信技术 25 8.3 信息的高度集成.25 第 9 章 总结及创新探讨.27 9.1 研究市场 开拓创新 .27 9.2 资源创新 28 9.3 开发手段创新 28 III 9.4 开发组织形式的创新 28 9.5 保护和利用知识产权 29 9.6 试验方法和手段的创新 29 参考文献31 1 前 言 在大学三
4、年里我学到了很多东西,也失去了太多。总的来说,我的 大学生活是美好的,在这里我学到了以前从没有想过的、见过的。在这 的三年,也让我有了走入社会的资本。 在下面的论文里介绍了我学到的和我自己步入社会后又接触到的, 学校里学习的那些设计软件让我有比别人多的筹码,但是,在工作以后 也认识到了自己在学习中的不足,所以为了以后能够站住脚跟,拥有自 己的一片天地,我还要学习多接触一下关于数控方面的先进技术和理论。 在论文里面主要介绍了数控网络方面的内容,让我明白以后该努力的方 向,了解了数控远程控制的一些基本内容,一些柔性单元的应用,在二 零零七年初去汇金铸造厂实习,让我见到了较先进的数控设备,感到了 自
5、己的渺小和无知,也学到了一些东西,同时为自己祖国在数控系统方 面的落后而感到悲哀,我们会努力的。 在学校里老师们的淳淳教导让我们明白了许多做人的道理,在学习 上的传授更让我们受益。 第 1 章 数控技术概述 2 第1章 数控技术概述 1.1 数控及数控技术的基本概念 1.1.1 数字控制(数控)及数控技术 机床中的数字控制专指用数字化信号对机床的工作过进行的可编程 自动控制,简称为数控(NC)。这种用数字化信息进行自动控制的技术就 叫数控技术。 1.1.2 数控系统 数控系统是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统, 是数控技术的载体。能自动阅读程序,译码,使机床按指令运动并加工 零件
6、 1.1.3 数控系统的分类 计算机数控系统: 计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统,由装有数控系统程 序的专用计算机、输入输出设备、可编程逻辑控制器(PLC)、存储器、 主轴驱动及进给驱动装置等部分组成,习惯上又称为 CNC 系统 开放式 CNC 系统 定义:一个开放式 CNC 系统,应保证使开发的应用软件能在不同厂商提 供的不同的软硬件平台上运行,且能与其他应用软件系统协调工作 开放式 CNC 系统的五个特征: (1)对使用者是开放的:可采用先进的图形交互方式支持下的简易 第 1 章 数控技术概述 3 编程方法,使得数控机床的操作更加容易 (2)对机床制造商是开放的:应允许机床制造商在
7、开放式 CNC 系统 软件的基础上开发专用的功能模块及用户操作界面。 (3)对硬件的选择是开放的:即一个开放式 CNC 系统应能在不同的 硬件平台上运行。 (4)对主轴及进给驱动系统是开放的:即能控制不同厂商提供的主 轴及进给驱动系统。 (5)对数据传输及交换等是开放的 1.2 数控加工技术的发展历程 1949 年美国 Parson 公司与麻省理工学院开始合作历时三年研制出 能进行三轴控制的数控铣床样机,取名“NumericalControl” 。 1953 年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线, 即可生成 NC 程序的自动编程语言。 1959 年美国 Keaney curren
8、tly loaded NC file int FixtureStatus; fixture status public: MACHINETOOL(); char* getCurrentNCFile(); void setCurrentNCFile(charF); Int getFixtureStatus(); void setFixtureStatus(int S); virtual int processPart(char PartName); 第 5 章 DNC 系统简介 14 virtual int downloadNCFile(charFile); virtual int stopMa
9、chine(); virtual in graspPart(); virtual int releasePart(); ; 5.5 DNC 系统的物理配置基本结构 基于 CORBA 的车间层控制系统需要两种层次的互连。第一层是利用 计算机局域网技术和协议软件把由异构计算机组成的车间层控制器、设 备控制器等互连起来,第二层是在这一互连的基础上,实现各节点、各 被控的异构制造设备(如加工中心、机器人、PLC 等)之间的信息交互, 这种交互通过制造信息规范(MMS)实现。作为车间层控制系统的一个重 要组成部分,本文 DNC 系统的物理配置基本结构如下图所示,主计算机 通过网络介质(具有独立 IP 地
10、址的终端服务器)分别连接多台 CNC 系统 实现 NC 程序的装卸、刀具数据的传递、操作命令的下达和状态信息的 反馈。这是一种通过局域网连接起来的通信结构,它具有包括物理层、 数据链路层、传输层及应用层等的四层结构,其中数据链路层采用 LSV2 通讯协议,传输层采用 DNC 协议(如 SINUMERIK 或 PHILIPS 协议)。 第 6 章 数控机床网络 DNC 的几种模式 15 第6章 数控机床网络DNC的几种模式 目前,数控机床网络 DNC 一般采用三种网络接口,即:基于串行 通讯 RS-232C 模式,以太网络模式和现场总线模式,以下分别做一简要 说明。 6.1 串行通讯 RS-23
11、2C 模式 目前,在 DNC 市场上通过 RS-232C 口通讯产品存在着两种类型(包 括三种结构)的产品,即带机床操作盒和不带机床操作盒两种,其结构 分别说明如下: (1) 带机床操作盒模式,如图 2-1 所示: 图 5-1 DNC 网络结构图形式一 这种连接方式是九十年代中期出现的模式,在当时大家还普遍使用 单机传输的年代此方式是一种创新,可以说它代表了当时我国 DNC 产品 的最高水平。MOXA C320Turbo 卡(或其它多路串行通讯卡)是通过 ISA(或 PCI)插卡的方式与计算机连接,再通过一根带屏蔽的 10 芯电 第 6 章 数控机床网络 DNC 的几种模式 16 缆线接通讯模
12、块,每个通讯模块带 8 个通讯口,可以多个通讯模块级联, 最多可以 8 个,每个计算机又可以扩展 4 个 ISA(或 PCI)插卡,这样 一台计算机最多可以扩展 256 个 RS-232 口。通讯模块与计算机之间距 离不能太长,一般在十几米左右。程序的上传和下载是通过操作机床操 作盒来实现的(当然,数控端也还要进行相关的上传下载操作)。 (2)新型带机床操作盒模式,如图 2-2 所示: 图 5-2 DNC 网络结构图形式二 注意,此图与上一图的一个最大的区别是:MOXA 的多路串口服务器 变为 CN2516(或其它多路串口服务器),它是一个局域网络上的一个 节点,通过 HUB 或交换机来与 N
13、C 程序管理计算机相连的,这样,它可 以放在车间的任一固定位置上,大大减少了车间到计算机室之间的布线, 只需一根网线即可,另外,CN2516 还可以多台计算机上安装其驱动程 序,多台计算机同时监视控制,给用户的维护工作也带来方便。 (3) 现代模式(不带机床操作盒),如图 2-3 所示: 第 6 章 数控机床网络 DNC 的几种模式 17 图 5-3 DNC 网络结构图形式三 此类型是在上一类型的基础上变化而来,它去掉了机床操作盒,连接 更简单,其它通讯功能完全一样,甚至可以做得更强,更方便。目前市 场上大部分 DNC 厂商提供的产品均是基于此模式下的。 由于去掉了机床操作盒,程序发送和接受程
14、序的文件名称等通讯信 息就需要由 CNC 来发送,一般的做法是:在 CNC 上编制一个特殊的程序 (此程序并不真正执行,所以并不需要关注它是否符合语法规则),其 中包含一些特征字符串来表达发送程序或接收程序,比如: (A)程序请求 % O1000 (/GETXXXX) (其中 XXXX 代表需要请求下传的文件名称) M30 % 编制好此文件后,先将此文件发送给计算机,计算机接收到此文件 第 6 章 数控机床网络 DNC 的几种模式 18 后就进行分析,如果是请求文件下载指令,就生成一个程序下载队列, 等待机床发送开始下传指令后就将请求程序下传。 (B)程序发送 程序发送时,只需在原程序中加入特
15、征字符行即可,此代表你希望 在计算机上保存的文件名称。例如: % O1000 (/NAME XXXX) (XXXX 代表希望在计算机上保存的文件名 称) M30 % 当前文件上传到计算机上后,计算机如果分析到特征字符 /NAME(特征字符的型式应根据系统的特殊要求而定,在此仅作示意), 就将当前文件保存到其后的字符串所代表的文件中,如果未找到特征字 符则保存到“O1000.NC”中(即程序号前加字母 O)。 6.2 现场总线模式 虽然目前在数控车间 DNC 系统中应用最为广泛的就是 RS-232 串行 通讯接口,但是当 DNC 主机连接的 CNC 设备比较多时,就存在着连线多、 通讯复杂的问题
16、,而且串行接口可靠性差、速度低,基于这些问题,迫 使人们去寻求更好的解决方案。 现场总线(Field Bus)是应用在工业现场、在微机化控制设备之 间实现双向串行多节点数字通信的系统,是国际上 20 世纪 90 年代蓬勃 第 6 章 数控机床网络 DNC 的几种模式 19 发展起来的新技术。它的应用形成了新型的网络集成式分布控制系统。 它能同时满足过程控制自动化和制造自动化的需要。由于现场总线是基 于数字通信的,因此在现场与控制室之间能进行多变量双向通讯。为解 决数据大量高速传输、实时性、通讯距离等问题,发展高速化数据通讯 技术及大量使用现场总线(Field Bus)就成为必须。未来十年集成系
17、 统将是 Field Bus 时代。现场总线采用了三层网络结构物理层、数 据链路层和应用层,其体系结构如图 2-4 所示。目前现场总线已有好多 种类,应用较多的有 CAN(Controller Area Network)、LON(Local Operating Network)、Profibus 等。下面仅以 CAN 总线方式说明现 场总线在 DNC 中的应用。 图 2-4 现场总线的体系结构 作为工业现场控制的网络系统,可靠性和实时性是最主要的要求, CAN 总线在这方面有很多独到的特点:首先为满足可靠性要求,CAN 总 线采用了循环冗余码校验、框架检测、确认信号出错检测、总线监控、 第 6
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