（机械设计及理论专业论文）基于网络的数控编程后置处理及传输.pdf

兰州理工大学工学硕士学位论文 v 7 2 1 1 5 8 豆 摘复 摘要 以计算机技术为基础 将传统的机械制造技术与数字控制技术及网络通信技 术有机结合起来而构成的现代制造技术，正在使机械制造业发生一场巨大的革 命。因此，研究网络制造技术已成为当前研究的一个重点和热点。在先进制造技 术中，数字控制技术和c a d c a m 是最基本的核心技术之一，而后置处理是数控 技术与c a d c a m 技术有机结合的重要组成部分，是数控编程技术的关键技术之 一，作为c a d c a m 系统与机械制造连接的纽带，后置处理直接影响自动编程系统 的使用效果和零件的加工质量、效率以及机床的可靠运行。因此，研究网络数控 编程后置处理对传统制造业的技术改造和提升具有重大的现实意义。 首先，为了适应网络化制造的需要，本文针对不同的数控机床提出了经济、 可行的异构数控系统联网集成的解决方案和其网络拓扑结构。采用目前流行的软 插件技术，将c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 总线应用于d n c 系统通信，以保证 加工的连续性，提高加工零件的表面质量。 其次，作者根据数控系统指令格式豹相似性和刀位文件的输出标准，论证了 在c a m 中开发具有通用化和标准化的后置处理系统的可行性。据此，本文提出了 异构数控系统通用后置实现的基本思路：用通用后置处理器解决共性问题，用定 制后置处理器解决个性闯题，郎以开发通用后置处理器为基础，应用相关技术定 绷数控机床专用后要处理器。 最后，借鉴c a ) ( a 州e 的通用后置处理设置的成功经验，通过研究m a s t e r c a m 后置处理程序，对其后置处理文件进行设计，开发出适合华中i 型数控系统的专 用后置处理程序，解决了m a s t e r c a m 生成的数控程序在华中i 型数控铣床上不能 直接加工的难题，对其它数控机床专用后置处理器的开发具有一定的参考价值。 关键词：网络制造；数控编程；后置处理；异构数控系统；m a s t e r c a m ： 华中数控系统；专用后置处理 兰型里三查堂三堂堡圭堂笪笙塞! ! ! l a b s t r a c t m o d e r nm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yb a s eo nt e c h n o l o g yo ft h ec o m p u t e r , c o m b i n et r a d i t i o n a lm e c h a n i c a lm a n u f a c t u d n gt e c h n o l o g y d i g i t a l c o n t r o l t e c h n o l o g ya n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , m a k et h e m e c h a n i c a i m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r ya ne n o r m o u sr e v o l u t i o n s o ，t h er e s e a r c ho fn e t w o r k m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y h a sa l r e a d yb e c o m eaf o c a ip o i n ta n df o c u sa t p r e s e n t 1 nt h ea d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y , d i g i t a lc o n t r o it e c h n o l o g y a n dc a d c a ma r eo n eo ft h em o s tb a s i ck e yt e c h n o l o g y , a n dp o s tp r o c e s s i n g i si m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h en c ( n u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) t e c h n o l o g ya n dc a d c a m t e c h n o l o g y ，i ti so n e o ft h e k e yt e c h n o l o g y o ft h en c p r o g r a m m i n gt e c h n o l o g y , a sat i eo fc a d c a ms y s t e ma n d m a n u f a c t u r i n g ，p o s tp r o c e s s i n g i n f l u e n c e u s er e s u l to fa u t o m a t i cp r o g r a m m i n ga n dp r o c e s s i n gq u a l i t y ，e f f i c i e n c yo f c o m p o n e n ta n dr e l i a b l eo p e r a t i o no fm a c h i n et 0 0 1 s o l th a sg r e a tr e a l i s t i c m e a n i n g st os t u d yn e t w o r kn cp r o g r a m m i n gp o s tp r o c e s s i n gt o t r a d i t i o n a i t e c h n o l o g i c a it r a n s f o r m a t i o na n dp r o m o t e o fm a n u f a c t u r i n gj n d u s t r y f i r s to fa i i i no r d e rt om e e tt h en e e do fn e t w o r km a n u f a c t u r i n g ，t h i sp a p e r p u tf o r w a r dae c o n o m i ca n d 伯a s i b l es o l u t i o n o ft h ev a r i e t i e s i n t e g r a t e d n e t w o r ka r r a n g e m e n t sa n dt h e i rn e t w o r kt o p o l o g i c a is t r u c t u r ef o rj s o m e r i cn c s y s t e ma n dm a c h i n et 0 0 1 a d o p tp o p u l a rs o f tp l u g - i np a c k a g et e c h n o l o g y , a p p l yc a n ( c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k ) b u st od n c s y s t e mc o m m u n i c a t e 。s oa s t oe n s u r et h e c o n t i n u i t yp r o c e s s e d a n d i m p r o v et h e s u r f a c e q u a l i t yo f p r o c e s s i n gc o m p o n e n t s e c o n d ma c c o r d i n gt ot h es i m i l a r i t yo fn cs y s t e mc o m m a n dc o d ea n dt h e o u t p u ts t a n d a r do fc l f ( c u t i e rl o c a t i o nf i l e ) a u t h o rh a v ep r o v e d t h a ti ti s f e a s i b i l et od e s i g nt h eu n i v e r s a la n ds t a n d a r d i z ep o s tp r o c e s s s y s t e mi nc a m i nv i e wo ft h ea b o v e 。t h i sp a p e rh a sp u tf o r w a r da n dc o n s t r u c t e dt h eb a s i c t h o u g h t o fu n i v e r s a lp o s ti nd i f f e r e n tn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m ：s o l v e g e n e r a l i t y p r o b l e mw i t hu n l v e r s a ip o s tp r o c e s s o ra n d1 h ei n d i v i d u a lc h a r a c t e rp r o b l e m w i t hs p e c i a l 。p u r p o s ep o s tp 3 晕o i ；n a m e l yr e g a r ds t u d y i n gt h eu n i v e r s a l p o s tp r o c e s s o ra s t h ef o u n d a t i o n ，u s er e l e v a n tt e c h n o l o g yt oc u s t o m i z e t h es p e c i a l - p u r p o s e p o s tp r o c e s s o r o fn c m a c h i n et 0 0 1 f i n a l l y ，r e f e r e n c i n gt os u c c e s s f u ie x p e r i e n c eo fc a x a - m eo fu n i v e r s a i p o s tp r o c e s s i n g ，s t u d y i n gt h ep r o c e d u r eo fm a s t e r c a mp o s t p r o c e s s i n g a n d d e a l i n gw i t ht oi t sp o s t f i l e 。t h i sp a p e rh a sw o r ko u th l f a z h o n g m o d e ii n c s y s t e ms p e c i a l - p u r p o s ep o s tp r o c e d u r ea n ds o l v e dt h ep r o b l e mt h a tn c p r o c e d u r e t h a tm a s t e r c a mt u r nj n t oc a nn o tb e p r o c e s s e dd i r e c t l y a t h u a z h o n gm o d e iin c m i l l i n gm a c h i n e k e y w o r d s ：n e t w o r k m a n u f a c t u r i n g ；n c p r o g r a m m i n g ；p o s tp r o c e s s i n g ； i s o m e r i cc n cs y s t e m ；m a s t e r c a m ；n c s y s t e m o f h u a z h o n g ；t h e s p e c i a l - p u r p o s ep o s tp r o c e s s i n g 。 兰州理工大学工学硕士学位论文 第一章绪论 1 。1 课题目的及意义 第一章绪论 计算机和网络通信技术的迅猛发展，i n t e r n e t 技术的兴起和广泛应用，极大地 促进了网络环境下的研究和应用。当前，激烈的全球市场竞争迫使现代制造企业 更加注重对市场需求的快速反应和对各种资源的合理利用，尤其是基于网络环境 的信息获取与资源共享。为了充分、有效地利用现有的资源，提高现代制造系统 的效益并减少风险，现代制造业更加注重企业内部( 系统级) 、企业与外部各企业之 间( 企业级) 各种形式的集成与合作，以及网络资源的共享，以求快速响应市场变化， 同时，减小企业的投资风险l l j 。 研究网络制造技术已成为当前研究的一个重点和热点。在当今社会，世界各 国之间在经济上越来越多地相互依存，经济的全球化、市场的国际化、贸易和投 资的自由化，以及服务的世界化，促进了竞争，提高了效率，鼓励了革新，促进 了国际资本投资和加快了经济增长速度l z 】。随着全球自由贸易体制的逐步建立和 完善，世界大市场的逐步形成以及全球交通运输系统和通讯网络的建立，国际问 的经济贸易交往与合作更加频繁和紧密，竞争愈来愈激烈。这促使靠造产业、制 造技术和产品逐步走向国际化，导致制造业在全球范围内重新分布、联合和组合。 这也使得竞争对手尽可能她利用一切可以利用的锖造资源和信息，国家或企业之 间的联合设计、联合制造已经成为全球经济下的一种新趋势，无论是产品设计、 物料供应还是产品制造都可以也应该分散在全球范围内进行，从而降低产品成 本，提高产品质量，加快新产品开发速度，敏捷地响应和适应客户多样化的消费 需求，高质量地为全球顾客服务，从而获得规模经济，促进企业的发展与壮大。 由于客户化市场的形成，任何企业，即使非跨匿或地域的企业也不得不去适应由 于用户全球化而形成的世界范围的网络制造【3 】。 随着科学技术的迅猛发展，尤其是以计算机、信息技术为代表的高新技术的 发展，机械制造技术发生了深刻的变化。为了提高生产制造的效率、保证产品的 质量以及产品的多样化，传统的制造技术已经难以适应市场竞争的需求。以计算 机技术为基础，将传统的机械制造技术与数字控髑援术及网络通信技术有机结合 起来而构成的现代制造技术，如c a d c a m , 擎m s ，c i m s 以及全球化制造、虚拟 制造技术等，正在使机械制造业发生一场巨大的革命。在这些现代化的制造技术 中，数字控制技术和c a d c a m 是最基本的核心技术之一，而后置处理是数控 技术与c a d c a m 技术有机结合的重要组成部分，是数控编程技术的关键技术 之一，作为c a d c a m 系统与机械制造连接的纽带，后置处理直接影响自动编 程系统的使用效果和零件的加工质量、效率以及机床的可靠运行。因此，研究网 络数控编程后置处理对传统制造业的技术改造和提升具有重大的现实意义m 。 1 2 后置处理技术研究现状 1 2 1 后置处理技术起源 自从2 0 世纪5 0 年代由i 麻省理工学院) 设计a p t ( a u l o m a t i c a l l v p r o g r a m m e dt o o l s ) 数控语言后，后星处理就成为自动编程的重要组成部分。在 兰州理工大学工学硕士学位论文第一章绪论 a p t 中，后置处理采用批处理方式，在编辑状态下，利用汇编语言，将前置处 理语句与数控输出程序字或程序段一一对应。对于不同的数控系统，编写不同的 后置处理程序，由于数控系统种类繁多，机床配置不尽相同，代码差异大，必须为每 种数控机床配冒专用后簧处理程序。a p t 的专用后置处理程序迭上千种但需由 数控软件厂家提供，用户不易修改。 1 9 8 0 年i b m 公司为解决a p t 刀位原文件的处理推出了d a p p ( d e s i g n a i df o r p o s tp r o c e s s o r ) 系统，系统提供给用户生成后置处理系统所需的一些程序和文件， 如输入模块、输出模块、数据处理模块等。该系统将一些计算、分析模块公共化、 标准化的方法使后置处理系统向通用化发展迈进了一步。但它采用高级语言编写 描述机床运转的程序，要求用户既熟悉数控知识，又具备较丰富的软件编程经验， 因此给程序编写、修改和维护带来一定困难。 1 2 2 后景处理系统现状州 随着计算枫技术的发展，缡程系统向c a d c a m 一体化迅速发展，目前应用较 为广泛的自动编程软件系统有美国s d r c 公司的i - d e a sm a s t e rs e r i e s 、法国达 素飞机公司研制的c a t i a 、美国u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司的u g + i i 、美国参数 技术公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 的p r o e n g l n e e r 系统、美国 c n c s o f t w a r e 公司的m a s t a rc a m 、以色列c i m a t r o n 公司的c i m a t r o n 、英国 d e l c a m 公司的p o w e r m i l l 等，国内华中科技大学开发的开目c a d 、北航海尔公 司的c a x a - m e 系统也有一定的应用。各种c a d c a m 系统，功能有强有弱，值其 c a m 部分郯由五个基本横块组成：交互工艺参数输入模块、刀位轨迹计算模块、 刀位轨迹编辑模块、三维加3 = 动态仿真模块和后鬻处理( p o s tp r o c e s s i n g ) 模块，其 中后置处理模块是c a d c a m 系统的一个重要部分。 国外对质置处理技术研究十分重视，各c a d c a m 软件厂家都研究开发了各 自的后置处理系统。如u g - u 采用了u g i o s t 、p i 帆n g m c e r 系统采用 p r o n c p o s t 、m a s t e r c a m 系统采用p s t 等。部分软件f 家采用了捆绑式专业厢 置处理系统，如s u r f c a m 采用s p o s t ，p r o e n s i n e e r 采用i n t e r c i m 公司的g p o s t ， c i m a h o n 系统采用了l m s p o s t ，c a t i a 除可采用l m s p o s t 外，还可采用德国的( = n e t 。 此外还有独立的后黉处理系统，如加拿丈i c a mt e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n 公司的 c a m p o s t 等。 国内对后置处理理论与技术也进行了深入研究，取得了一定的研究成果。针 对自行开发的c a d c a m 系统涨利波等提出了一种基于琵置文件的开放式数控 编程通用后置处理模型，定义了配置文件豹语 虫规虬给出了配鼍文件的b n f 语 言描述及相应的解释算法。并在h u s t c a d m 系统中实现；程按胜等对南京航空 航天大学的超人c a d c a m 系统的通用后置处理系统进行了研究，开发了具有交 互式图形系统用户界嚣的逶用后置处理程序，尽管该螽矍处理系统县存缀好的可 靠性和较强的通用性，但超人c a d c a m 系统和叫s t c a d m 系统都没能走向商 品化。近年来国内开发的商品化的c a d c a m 系统中。c a x a - m e ( 铜j 造工程师1 是 星i 应用最广泛的系统，其后置处理功能摸块解决了常见数控苕t 床的后置处理。但 有较大的局限性，只适用于一般的铣削加工，在解决s o d i c k 类型机床的数控代码时 如果零件中涉及孔的加工，将不能生成相应静程序代码。对于三维曲丽多坐标数 控加工及其编程技术，寅l 雄伟掇索了其看置处理的算法，韩向利等对五坐标数控机 床的后置处理算法原理和后置处理配置文件参数进行了探索和设计；刘日良等研 兰塑星三查兰三堂夔圭兰笙笙兰墨二童! ! 鱼 究解决了五坐标数控机床转动轴与主轴成4 5 。角情况下的后置处理。机床运动 求解一般采用基于机床结构分类的无误差处理方法，周艳红等提出通过后置处理 实现数控机床几何误差软件补偿的原理和算法， 在数控编程加工领域，国外c a d c a m 系统出现得较早，开发和应用的时间也 较长，发展比较成熟，占据绝大多数数控自动编程市场。因此，国内对现役主要 c a d c a m 系统进行后置处理研究，探索其与数控系统及数控机床的结合，解决数 控加工的矛盾，具有较大的工程应用价值和意义。明兴祖分析了m a s t e r c a m 后置 处理系统的基本组成和结构，探索对其开发的途径，但未涉及具体系统和机床的处 理方法；李吉平等基于p r o e n g i n e e r 软件，提出了一种新的五坐标数控机床的后置 处理：韩建军对a n v i l5 0 0 0 软件进行开发，用c 语言编写了种后置处理程序， 用于处理一个回转轴、三个移动轴的s a g e m 加工中心的后置处理。哈尔滨工业 大学的陈辉等针对其开发的并联机床，在u g f o s t 的基础上，开发了并联机床后置 处理器，用于六轴或七轴并联机床的后置处理。 1 3 后置处理面稿的问题 随着国内多坐标数控机床的逐渐增多和数控编程软件功能的不断完善，许多 厂家都采用数控加工技术来加工一些复杂零件，大大提高了生产效率及加工精 度。但同时企业往往购进结构各异、不同国家生产的各类四、五坐标加工中心及 数控机床，并使用了多种国内、外数控软件。这使得后置处理程序开发技术难度 大，配置复杂，而且各系统c a m 模块的刀位原文件c l f ( c u t t e r l o c a t i o ns o u r c ef i l e ) 不完全透明，后置处理程序价格昂贵，c d f c m 用户通常也不具备自行二次开发 后置程序的能力，后置处理技术控制在软件提供商手中。现代的集成化c a d c a m 系统能实现从设计到制造过程的高速、高效化。但国内很多c a d c a m 系统的用 户对软件的使用主要是其c a d 模块，对c a m 模块的应用效率不高，其中一个关键 的原因是没有配备相应的专用后景处理器，或只配备了通用后蹙处理器而没有根 据数控机床特点进行必要的二次开发，由此生成的代码还需要人工做大量的修改， 严重影响了c a m 模块的应用效果。 1 4 后置处理技术发展趋势1 1 1 l 面向通用化是后置处理技术发展的主要趋势。通用后置处理系统般指后置 处理程序功能的通用化，要求能针对不同类型的数控系统对刀位原文件进行后置 处理，输出数控程序。般情况下，通用后置处理系统要求输入标准格式的刀位原 文件，结合数控系统数据文件或机床特性文件输出的是符合该敷控系统指令集及 格式的数控程序。通用后置处理程序采用开放绪槐以数据库文件方式，由用户自 行定义机床运动结构和控制指令格式，扩充应用系统，使其适合于各种机床和数控 系统，具有通用性，其操作流程如图1 。1 所示。 专用后置处理系统将机床特性直接编入后置处理程序中，只能适应于一种或 一个系列机床，对于不同的数控装置和数控机床必须有不同的专用后置处理程序 其操作流程如图1 2 所示。目前后置处理的方法主要有：一是数控软彳牛厂家提供 一个通用后置处理程序，用户通过人机对话的形式，回答提出的一些问题，用来确 定一些具体的参数，形成具体数控机床的后置处理程序；二是提供后置处理程序 编南# 工具包，按其语法规则，由用户编制具体数控机床的专用后置处理程序。 兰州理工大学工学硕士学位论文 第一章绪论 通 机床1 格式文件l + 用 一| 机床1 n c 程序 后 置 处 理 机床n 格式文件l +程一j 机床n n c 程序 序 图1 1 通用后置处理操作流程 图1 2 专用后置娃理操作流程 1 5 本文研究的主要内容 1 ) 为适应网络化制造的需要，需解决各机床的上网工作，同时，针对异构 数控系统的联网集成，寻求一种经济、可行的方案，改造、提升现有数控机床。 2 ) 完成c a m 软件选型，论证开发具有通用化和标准化的后置处理系统的 可行性，提出异构数控系统通用后置实现的基本方法。 3 ) 在m a s t e r , c a m 中，开发适合华中i 型数控系统的专用后置处理程序，对 其它数控机床专用后置处理器的开发提供具体、可行的指导性参考。 1 6 小绪 随着科学技术的迅猛发展，尤其是以计算机、信息技术为代表的高新技术的 发展，机械制造技术发生了深刻的变化。网络制造技术已成为当前研究的一个重 点和热点。其中，后置处理是数控技术与c a d i c a m 技术有机结合的重要组成 部分，是数控编程技术的关键技术之一。因此，研究网络数控编程后置处理对传 统制造业的技术改造和提升具有重大的现实意义。 本章从后置处理技术起源、系统现状两方面分析入手，提出了后置处理技术 面临的问题，同时指出面向通用化是后置处理技术发展的主要趋势，最后，初步 提出t 本文研究的主要内容。 4 兰型翌三查兰三兰堡主兰垡堡兰 蔓三里_ 垦壁墅坐墅墅型! 塑望 2 i 构建网络制造系统 第二章网络制造系统的构建 硬件平台采用通用工业微机，通过并行口与机床相连，在p c 总线上能够连接 网卡等微机外设。对于自行开发的智能加工控制接口，既可以通过并行口与机床 相连，也可以直接插到总线上，具有很好的开放性。 系统具有以下优点： o ) e h 于采用通用工业微机，系统可靠性有了切实保障； ( 2 ) 微机的各种外部设备可直接用于该系统，如显示卡、网卡、r s2 3 2 接口、 软硬驱动嚣等； 0 1 通用微机软件与硬件资源丰富，开发环境非常方便、友好，用户可自行开发 各种数控机床应用系统； 该系统可以方便地与c a d c a m c a q 等系统集成。 现代数控机床都带有标准的串行通信接口，它们一般采用r s - 2 3 2 、r s 一4 4 9 、 r s 一4 2 3 及r s 4 2 2 等标准，以r s 2 3 2 为多，是一种低数据率和点对点的数据传输标 准，无能力支持更高层次的计算机之间的功能操作，且最大缺点是通信线路不能 太长，无法实现远程控制的需求，而网络化制造则希望通过远程i n t e m e t 将n c 程 序正确地传输到各台机床，所以要解决各机床的上掰工作i 另外中小企业短期内 无法获得大量的资金去全部更新所有设备，故迫切器要寻求一种经济和可行的方 法改造现有数控机床，使其适应网络化制造的需要1 1 2 】1 1 3 】。 2 1 1 硬件的实现 数控机床上网是数控网络硬件的根本，重点解决数控机床与计算机的双向 通讯，对于不同类型的数控机床，连接方式亦有所变化，其网络拓扑结构，如图2 1 所示。 系统机构分四层( 工厂层、车闻层、工作站层、设备层x 为客户照务器( c s 1 控制方式，采用光纤传输，实现d n c 控制主机与装有c a n f c p p c m 穗i i s 应用 软件的上位机的通信，满足n c 程序的上传下送和在线加工的需要，完成对异构 ( 互不相同的硬件和软件) c n c 机床分布式控制与集中管理，最终实现通过i n l e m e t 进行的远程通信。i d n c 采用c a d c a m d n c 集成的开发模式，实现系统集成和 设计制造一体化。系统中c a d 、c a p p 、c a m 、c a 0 、m r p i i 及工艺信息管理 等分系统和数据库都挂在公司局域网上，在网络环境中以通信方式实现资源共 享、委托服务、分布处理。由于数控加工车间的客户机终端有多台，分别控制多 台数控设备，可采用与集线器h u b 相连的方式加工。车间客户机终端作为连接 企业局域网和现场总线网的桥梁，数控设备通过现场总线与客户机终端相连。在 系统的安全性方面，可用一台p c 服务器，实现数据和设各的共享，对用户进行集中 管理。即统一用户帐号，集中进行身份验证和数据安全备份，提高系统的安全性。 车间数控设备一般有三种类型，现针对异构数控设备集成的具体要求，可 提出如下的相应方案； ( 1 ) 早期配备的数控设备或经济型数控设备只带有纸带、磁带读入口或者录 音机接口，可设计d n c 接口板及其通信软件，通过该接口板将从微机接收到的数 5 兰州理工大学工学硕士学位论文 第二章网络制造系统的构建 据存储在接口板数据缓冲区，然后以纸带信息的格式传送给机床数控系统，即所 谓的网络扩充接口； i n t e m e t 工厂层 c a q 叫巴吖啪c 枷t s l l 路由：l 公司局域网l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 i 舳手i 辄层匠机， 旧主：ni i 一域网 i i l 七商邑恬向 i d n c 主机 i 工作站 网卡 r s 2 3 2 4 2 2 ( c n c 多路共享器) i 一 工作站层 l r s 2 3 2 c r s 4 8 5 协议转换器 lr s 4 8 5 两络( 或现场总线) 设备网 l 设备层 id n c 接口扳l 软件l r s 4 2 2 r s 4 8 5 ( k e 前端控制器) l n c 机床 ii n c 机床 f 圈2 1 i d n c 系统网络拓扑结构 ( 2 ) 标准串行数据通讯接口：如r s 2 3 2 c 、r s 4 2 2 、r s 4 8 5 、r s 5 1 1 等，其代表 数控系统有：f a 讯，c 3 、6 号系统、s i m e n s 8 1 0 等。设备层与d n c 主机的联接可 直接采用市场上现成的r s 2 3 2 4 2 2 扩展卡( 可扩展为1 2 8 个口) ；对于通信口为 r s 一2 3 2 串行口的机床，亦可以采用协议转换联网控制策略 每台机床的r s 2 3 2 串 口在本地经过协议转换模块，转换为以太网的t c p i p 协议，若干条网线接入h u b ， 汇总成一条线，通过网络受远程计算机控制。这种控制方案可解决机床串口通信 距离较短的缺点，以太网网线的通信距离完全满足中小企业机床控制的需求；由 于r s 一2 3 2 到以太网的t c p i p 的协议转换郝分已模块化( 如m o x a 公司的 n p o r t e x p r e s s d e 一3 1 1 模块，体积小，自适应1 0 ，1 0 0 m 以太网，支持多种流行操作系 统) 故投资较小，管理和维护方便；同时，因为r s - 2 3 2 串口在机床本地转换，需要的 电缆很短，所以系统的抗干扰性和可靠性较高。 ( 3 ) 带有接口或者网络接口的标准以太网接口，可通过直接在d n c 主机和数 控系统中插上相应的d n c 接口卡并运行相应的软件，即可实现数控系统所带的各 种d n c 功能。 总之，必须对不同类型的数控机床，按不同的接口及用户需要开发d n c 接口 板或d n c 智能控制卡，并按不同的通信协议开发通信软件【1 4 1 - 1 = 。 2 1 2 软件的实现 网络数控下的设备作为一种全球共享的制造资源。能够通过i n t e r n e t i n t r a n e t 支持本地和异地制造，包括接受n c 程序和指令、提供现场数据、支持异遗的生 产调度、支持分布式工艺数据库等。d n c 。集成系统作为网络数控基本加工单元 其功能扩展是实现加工层和决策层优化集成的重要环节。加工工作站计算机能对 6 兰型翌三查堂三堂堡主兰堡笙苎 箜三童里燮至丝盟塑垒 多台数控机床进行自动调度、管理和监控，为了实现远程控制，迎合当前企业通信 距离长，通信速度要求每台机床达到1 9 2 0 0 b p s 等实际要求，采用目前流行的软插 件技术，将c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 总线应用于d n c 系统通信，以保证加工 的连续性，提高加工零件的表面质量。 2 2 后置处理及传输系统的实现【2 l l 【2 8 】 从d n c 集成发展的趋势来看，d n c 主机与下层数控系统通信方式的发展趋 势是现场总线，其中c a n b u s 是目前底层设备连接最佳方案。这是因为现场总线 具有结构简单、执行协议直观、价格低、实时性好、可靠性高、通信距离长、可 连接设备多等特点。在众多的现场总线标准中，c a n ( c o n t r o l a r e an e t w o r k ) 现场总 线更具有成本低、抗干扰性强、实时性好等特点。目前，国内已有多家公司开发 出c a n b u s 系列模块化产品，为c a n b u s 的应用奠定了基础。c a n b u s 具有的 主要特点有：多主结构、通信方式灵活，网络节点可分成不同优先级，能保证优 先级较高的节点通信更及时，因此能满足不同数控加工系统的实时性要求：在 c a n 总线上，能开发用户程序，易于实现异构的d n c 系统；出错的节点能自动 中断与网络的联系，系统可靠性好；通信速率最高可达1 m b p s 4 0 m ，通信距离最远 可达1 0 k m 5 k b p s 。因此c a n 总线方式是一个较理想的异构数控系统的d n c 通 信方式。基于c a n b u s 现场总线构造的异构数控机床的d n c 集成系统如图2 2 所示。 d n c 主计算机 迥1 茸璜口卡 ii 双绞线 i l 图2 2 基于c a , n b u s 的异构数控系统的d n c 集成结构 图2 2 中整个d n c 系统由一台高档微机及插在微机扩展槽上的c a n 通信接 口卡、通信介质双绞线及前端控制器组成。主机、前端控制器和数控系统三方采 用a r q 请求响应方式协调工作。对数控系统的远程控制是由主机先发命令，而 n c 程序的上、下载则可由数控系统先发申请。前端控制器既可运行其内部 e e p r o m 中的监控程序，通过c a n 收发器完成与通信卡之间的c a n 通信。也可运 行e e p r o m 中的用户通信程序，通过串行口或其它职i 等实现与带串口和不带串 口的数控系统之间的通信。前端把来自通信接口卡和数控系统的数据暂存在用户 r a m 中，并在适当的时候发给各自对方，用户通信程序是通过通信接口卡下载至 前端的e e p r o m 中的，因此用户只需根据不同的数控系统通信协议和数控功能 开发相应的通信程序，并通过载有这些通信程序的前端来与相应的数控系统通信， 就可实现异构型d n c 系统。采用c a n b u s 现场总线和软插件技术也可以当数 7 兰州理工大学工学硕士学位论文第二章网络制造系统的构建 控系统改变时，只需要将新的数控系统的通讯协议以软插件形式在线下载到 c a n b u s 的前端主控卡，就可控制新的数控系统，从而使数控设备的重构变得简 单易行。 2 3 小结 为了适应网络化制造的需要，本章针对不同的数控机床提出了经济、可行的 异构数控系统联网集成的解决方案和其网络拓扑结构。对不同类型的数控机床， 可按不同的接口及用户需要开发d n c 接口板或d n c 智能控制卡，并按不同的通 信协议开发通信软件。采用目前流行的软插件技术，将c a n ( c o n t r o l l e ra r e a n e t w o r k ) 总线应用于d n c 系统通信，以保证加工的连续性，提高加工零件的表面 质量。因此c a n 总线方式是种较理想的异构数控系统的d n c 通信方式。 8 兰h 理工大学工学硕士学位论文 第三章数控编程后置处理 第三章数控编程后置处理 3 1 数控技术及其基本概念1 2 9 】1 3 3 3 1 1 数控机床及数控自动编程 数字控制( n u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) 技术，简称数控( n c ) 技术，是一种利用数字脉 冲信号进行控制的自动控制技术。采用数控技术的控制系统称为数控系统，而配 置了数控系统的机床称为数控机床。1 9 4 8 年，美国p a r s o n s 公司在研制加工直 升飞机叶片轮廓时，首先提出了数控机床的设想。后来，麻省理工学院( m i t ) 在 此基础上，于1 9 5 2 年3 月成功地研制出世界上第一台数控机床。它的诞生为机械 制造业的发展揭开了一个崭新的篇章。 早期的数控机床。零件加工程序由人工按照数控机床控制系统的指令格式进 行编写，用穿孔机制成纸带，然后通过光电阅读机把纸带上的穿孔代码信息输进 机床的控制系统中。数控机床加工零件的速度和自动化程度与普通机床相比虽大 为提高，但手工编写数控程序的效率太低。为了充分发挥数控机床的工作效率， 摆脱手工编程的落后状况，麻省理工学院于1 9 5 7 年开始进行数控编程语言的研 究，并于1 9 5 9 年推出a p t ( a u t o m a t i c a l l y p r o g r a m m e d t o o l s ) 自动编程语言。此后， a p t 语言经过多次改进和完善，现在已具有编制雕塑曲面加工程序的能力。数控 自动编程语言的使用，大大促进了数控技术的应用发展。随着。埘c a m 技术的 发展，数控自动编程技术已经从批处理方式发展到采用人机交互的图形方式进 行，数控程序的编写更加直观、方便和灵活。目前，商品化的。如l ，c a m 系统 都配有数控编程模块，交互式数控自动编程已成为c d 忙 m 系统最基本的功 能。 3 1 2 数控加工的准备工作 数控加工的准备工作一般包括以下五个内容： ( 1 ) 对图样进行分析，确定需要数控加工的部分。 ( 2 蜊用霉形软件对器要数控规工的部分进行几何造型。 ( 3 ) 根据加工条件，选择合适加工参数，生成刀位轨迹。 ( 4 1 轨迹的仿真检验。 ( 5 ) 生成加工代码文件并传给机床。 由此可以看出，上述工作需要人与计算机相互配合、共同完成。其中，需要 大量计算、重复性的工作，如刀位轨迹计算、仿真检验、加工代码生成等，基本 上可由计算机去完成，人只要指定加工部位与工艺条件。优秀的c a m 系统可以 让用户方便地建立起工件的几何模型( 曲面与实体模型) ，同时只要用户在系统的 引导下输入少量数据( 工艺参数等) ，就可以迅速地完成相关的加工编程工作，而 且系统还具有相当的柔性，可以适应不同类型的情况。 内容5 是本课题研究的主要方向。 3 1 3 几个基本概念 9 兰州理工大学工学硕士学位论文 第三章数控编程后置处理 ( 1 ) 多轴加工 两轴加工是指机床坐标系的x 和y 轴两轴联动，z 轴固定，适于铣削平面 图形。两轴半加工是在二轴的基础上增加了z 轴的移动，当机床坐标系的x 、y 轴固定时，z 轴可以有上下的移动。两轴半加工可以实现分层加工。当机床坐标 系的x 、y 和z 三轴联动时就达到了三轴加工。三轴加工适合于一般曲面的加工。 一般的型腔模具均可以用三轴加工完成。而对于更复杂的叶轮叶片类零件，则需 要四轴、五轴加工。通常三轴机床可以实现二轴、二轴半、三轴加工；五轴机床 也可以只用到三轴联动加工，而其他两轴不联动。 后置处理坐标系统按照国际标准规定擞控机床的坐标系统和运动方向为 1 ) ( 假定) 刀具相对于静止的工件运动的原则。 2 1 标准坐标系是一个右手笛卡尔坐标系。 3 ) 机床坐标系以增大工件和刀具距离的方向为正方向。 z 坐标与数控机床主轴平行的坐标轴，如果数控机床有几个主轴时，那么选 一个垂直于工件装夹面的主要主轴为z 坐标，其正方向定义为从工作台到刀具夹 持的方向，即是刀具远离工作台的运动方向。 x 坐标平行于工件装夹平面的坐标轴，它平行于主要的切削方向，z 轴水平 时，当从主要主轴向工件看时，+ x 方向向右，z 轴垂直时，当从主要主轴向立柱看 时，+ x 方向向右。 y 坐标根据x 和z 坐标的方向，按照右手笛卡尔坐标系确定，方向按照右手 系确定。旋转坐标a b ，c ，相应地在x ，y ，z 坐标轴的正方向上，按右手螺纹前进的 方向来确定( 顺坐标轴正向) 。 4 ) 标准坐标系( 工件系) 的原点位置是任意的。 5 ) 主轴旋转方向：按右旋螺纹向工件前进的方向。 6 ) 机床坐标系是数控机床厂家设定的机床测量坐标系，其原点是机床的零点。 一般是参考点的对角点。数控编程时，均视工件不动，而由刃具运动来完成数控加 工动作，这恰好与数控机床坐标系的标准运动方向规定一致( 实际上不少数控机床 的坐标运动是工件在动) 。编程按此规定，就可获得一个不针对具体数控机床的通 用刀位数据文件。 ( 2 ) 刀位轨迹 刀位轨迹是系统按给定工艺要求生威的对给定加工图形进行切削时刀具行 进的路线，它由一系列有序的刀位点和连接这些刀位点的赢线( 直线插补) 或圆弧 ( i 圆弧插补) 组成。有的系统用刀心位置表示刀位轨迹，有些系统则用刀尖位置来 表示。 ( 3 ) 切削刀具 一般用于数控铣削的有球头刀、端铣刀和r 刀等。在三轴加工中，端铣刀 和球头刀的加工效果有明显的区别，当曲面形状复杂有起伏时，建议用球头刀。 在二轴加工中，为提高效率，建议用端铣刀，因为相同的参数，球头刀会留下较 大的残留高度。 ( 4 ) 数控加工方式 在生成刀位轨迹时，一定要给定加工方式。下面是常用的几种加工方式： 1 ) 平面轮廓与平面区域加工 t 轮廓是一系列首尾相接曲线的集合。如果轮廓是用来界定被加工区域的，则 要求指定的轮廓是闭合的；如果如工的是轮廓本身，则轮廓可以不闭合。区域是 1 0 兰型里三查兰三堂堡圭兰堡丝兰 整三童塑丝堕墨曼墨墅里 指由一个闭合轮廓围成的内部空间，其内部可以有“岛”，岛也是由闭合轮廓界定 的。外轮廓用来界定加工区域的外边界，岛用来屏蔽其内部不需加工的部分。 在平面加工方式中，通过指定“当前高度”、“底面高度”及“每层下降高度”，即可 定出加工