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一种基于宏指令的数控加工进度采集方法
0 引言
在网络化集成制造中，底层机床的加工信息占有很重要地位，没有这些信息，生产管理和调度过程的优化无法完成。操作人员管理和操作多台数控机床进行加工时，需要随时掌握加工进度，以便在一些特殊工步后，对工件进行尺寸检测后再继续加工；对于模具等复杂工件和大型工件加工，多为单件或小批量加工，加工时间较长，简单的工件件数统计已经满足不了生产管理优化的需求，也要求获取工件加工进度信息。操作与管理人员掌握工件加工进度信息，对于确保加工任务的按时按需完成，辅助时间的缩短，生产管理及调度过程的优化，机床利用率的提高机床具有重要的意义。中国硕士论文网提供大量免费金融硕士论文,如有业务需求请咨询网站客服人员！
目前，工件生产进度自动识别与跟踪的研究与应用比较多，它们主要利用CCD 采集图像监控整个加工过程、监控功率曲线获取加工进度信息以及人工观测统计工件的加工进度。机械加工车间的生产加工环境复杂，如多尘、多灰、多油，此时采用传统方法CCD 长期对现场加工信息进行采集，其结果往往存在偏差。CCD 与监控功率曲线均需要传感器、采集卡等硬件，增加了设备支出。企业普遍采用的人工统计加工进度方法，它受人为因素制约，难以保证统计结果的准确性和实时性。目前，有研究通过监控NC 程序的执行监控加工进度，但仅限于统计各指令的执行次数及时间，不能提供详尽准确的加工进度信息。
考虑到加工进度信息采集的准确性，实时性，方便的应用性及设备支出，本文提出一种基于宏指令数控加工进度采集方法。加工前在NC 程序中嵌入包含加工进度信息的程序段，加工时机床上传工件加工进度信息至本地终端及服务器，供相关制造系统访问调用。这种方法实现数控加工中工件进度信息的自动采集, 有效地支持网络化制造中的制造系统对工件加工进度信息的动态提取，提升企业信息化集成的敏捷及准确能力。
1 NC 代码结构及特点
与数控机床工件加工进度采集的提出一般而言，完整的数控加工程序由四个部分组成：程序开始符及结束符，程序号，程序内容（若干程序段），程序结束。一个程序段完成一个动作，如快退，定位，直线或圆弧插补，也可实现一种功能，如调用子程序，完成多孔加工。
但目前数控代码还没一个统一的标准，各个数控系统生产厂家都有自己的一套标准，虽然大都根据ISO 标准，但一般均有扩展。不同厂家，会有不同的扩展指令；同一厂家不同类型数控系统，扩展指令也不同。但对于同一类系统，它们基本功能大同小异，如数控铣床系统，其基本功能均支持快速定位、直线插补、圆弧插补、及换刀等。利用数控代码对加工进度进行判断，必须先解释NC 代码的语意，而不同数控系统指令不尽相同，为了适应不同的数控指令系统，不仅需要对通用的基础指令解释分析，而且要对不同数控系统扩展指令进行解释分析。
FUNAC 及HAAS 等数控系统具有外部通信指令DPRNT，可以指定向外部设备实时输出数据。加工前按2.4 所示格式指定加工进度相关数据并通过外部通信宏指令嵌入到NC 程序，加工时数控机床通过串口RS232 和企业局域网上传工件加工进度信息至本地终端及服务器的数据库。这种方法减少了采集设备支出，排除环境及人为因素干扰，能够准确无误地掌握工件加工进度信息。
2 数控加工进度信息
采集系统的实现采用 Visual C++为开发工具编制用户界面，实现与机床通信，初始设置，数据处理，添加嵌入进度信息的指令，进度显示及数据上传共享等功能。本系统主要针对FUNAC Oi-MA,FUNAC Oi-MB, FUNAC Oi-T, HAAS 等系统，可根据用户需要扩展，添加支持其他系统扩展指令动态链接库，实现多种数控系统的集成。查看浅探利用空气和土壤换热系统。
2.1 工件加工进度信息
采集系统的工作流程＝，用户首先进行初始设置，选择机床系统类型，批量，单件，配置工艺规划信息及通信参数等；采集系统读入NC 文件(本地或从机床上传到本地), 调用加工进度信息嵌入模块在NC 文件中嵌入包含加工进度信息的指令，修改后的NC 文件通过RS232 串口下载至数控机床；加工时工件的加工进度信息通过外部通信宏指令由机床发送到采集系统，系统进行数据处理，最终进度信息在本地终端显示并通过网络上传至企业服务器的数据库，供企业生产部门和车间调度室等需要部门查询及调用。
2.2 NC 程序中加工
进度信息的嵌入为了在加工过程中采集系统能够实时、准确地从机床接收工件加工进度信息，需要准确地识别及嵌入NC 程序的加工进度信息，这也是数控加工进度信息采集系统实现的关键。
NC 文件中加工进度信息的嵌入流程 所示，它说明了加工进度信息的判断及嵌入过程。
下面对该流程做出说明：
1)NC 文件。本地或从机床下载的NC 文件。
2)预处理。分行读入NC 文件，逐行存储。
3)通用指令语意分析。分析通用的数控指令语意。记录每条G 指令的起始、终止位置及插补方式；根据初始设置模块中设置的工艺参数和对加工进度有影响的GM 码及相关TFSXYZR 等信息初步判断其加工开始、加工停止、换刀动作、加工类型、粗精加工等。
4)轮廓判定。根据G 指令执行前后位置坐标及插补方式判定轮廓形状，如直线、逆时针圆弧、顺时针圆弧。
5)扩展指令语意分析。根据初始设置模块的参数动态调用对应数控系统的动态链接库，进一步分析NC 程序，确定其各语句功能及相应的加工进度信息。如Funac oi-Ma 系统中G74表示钻孔。可根据所用户使用的系统增加对应动态链接库，扩展采集系统所支持的数控系统类型。
6)加工进度信息分析。由几何信息、加工信息、辅助信息、机床信息、刀具信息及轮廓信息等，确定NC 程序执行时的工件加工进度信息。
7)嵌入加工进度信息指令。根据工件加工进度信息按2.4 所示格式在NC 代码中增添宏指令。
8)新NC 文件。形成新NC 文件，上传至机床。
2.3 数控程序工件进度
信息输出在 NC 代码中使用数控系统的外部输出指令DPRNT, POPEN, PCLOS。打开指令POPEN，在数据输出命令之前使用，以建立与外部设备输入/输出设备的链接。数据输出指令DPRNT 指定需要的输出数据。关闭指令PCLOS，在全部数据输出指令已经完成时使用，以解除与外部设备输入/输出的链接。
2.4 嵌入数据格式
2.4.1 工件的工艺规划信息
加工进度信息的组成方式：机床编号+工件编号+数控程序编号+开(停)。如，N-001*N-530-01*O0001*STR 表示工件N-530-01 在N-001 上的加工开始，使用的数控程序编号为0001。
2.4.2 工件的加工状态信息
加工进度信息的组成方式：加工轮廓(加工类型)+刀具+开始(停止)..粗(半精、精)..子程序编号。其中粗加工( 半精、精) 、子程序编号可选，由设置的参数选择添加。如FLAT*T01*STR*O0010 表示加工平面开始，刀具号为01，使用子数控程序编号为0010。
2.5 工件加工进度
表示以工步为单位，构造一个链表，不同结点描述工件加工进度的不同状态信息。链表各结点的结构，应用实例及分析本文中，基于外部通信宏指令的数控加工进度状态信息采集系统在某FUNAC Oi-MA系统机床上进行验证。加工的工件为一壳体，其结构示意简图如图3 所示。
2）系统采集加工进度信息，进行验证。开始采集后，加工时采集系统自动采集工件的加工进度信息，本地终端实时显示工件加工的进度信息，并通过网络把2.5 结构体各结点参数上传至服务器的数据库，供企业生产部和车间调度室等需要部门动态查询及调用。本地终端用户界面图4 所示，其工件加工的进度信息如下：编号为N-530-01 的工件在编号为001机床上进行加工，已完成工序3 的工步1（铣平面），正在进行工步2（钻中心孔），已加工件数为0，并对加工时间等信息做出统计。经比较，此结果与车间现场机床的实际加工过程和工艺规划保持一致，验证了本方法的可行性。
4 结束语
针对具有外部通信宏指令的数控系统，提出了一种分析NC 代码获取工件加工进度信息的新方法，并建立了数控程序中嵌入加工进度信息的流程，据此，在加工过程中，实时、准确获取工件的加工进度状态。
2)工件加工的进度信息上传至制造企业数据服务器的数据库，以数据形式共享，供其他系统动态调用，提高网络制造系统中工件加工信息的透明度，可以给生产管理者提供实时、动态、准确的数据 ,帮助管理人员准确了解加工动态，对企业生产管理和规划进行判断、调整和决策。
传统的数控机床不提供加工进度信息，使得操作和管理人员只能依靠人工进行粗略统计，难以对制造加工过程进行高效的管理。通过试验可知，这是一种可行、准确的数控加工进度采集的方法，具有一定实用性和价值。
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