机床联网与数控程序管理系统解决方案

【摘要】近年来，随着计算机技术、通讯技术和数控技术的发展以及制造自动化的需要，DNC技术得到越来越广泛的应用。目前，以CIMS为代表的企业信息化理念已经受到越来越多的重视，DNC也逐渐由单一的程序传输演变为集数据管理、生产信息监控等功能的扩展DNC，成为CIMS集成的关键一环。

一、引言

近年来，随着计算机技术、通讯技术和数控技术的发展以及制造自动化的需要，DNC技术得到越来越广泛的应用。目前，以CIMS为代表的企业信息化理念已经受到越来越多的重视，DNC也逐渐由单一的程序传输演变为集数据管理、生产信息监控等功能的扩展DNC，成为CIMS集成的关键一环。

二、DNC的概念和特点：

术语DNC最早是指分布式数控系统（DistributedNumericalControl），其含义是用一台大型计算机同时控制几台数控机床。后来随着科学技术的进步，数控系统由NC（NumericalControl）发展为CNC（ComputerNumericalControl计算机数控系统），每一台数控机床由一台计算机（CNC系统）来控制,所以过去的DNC概念已失去意义。

现在的CNC系统功能已非常完善，一般都支持RS-232C通信功能，即通过RS-232口接收或发送加工程序，有很多CNC系统可实现一边接收N/C程序一边进行切削加工，这就是所谓的DNC(DirectNumericalControl)，但不是所有的CNC系统都支持这一功能，有一些系统只是先将接收的加工程序存储在系统内存(Memory)里，而不能同时进行切削加工，这种传输形式一般叫块(BLOCK)传输。

随着电子技术的飞速发展，过去一些只能在大型机或工作站上运行的CAD/CAM软件，现在也可在很便宜的微机上应用，这使得CAD/CAM系统逐步得到普及。这些CAD/CAM系统一般可进行3-D形式的曲面造型及生成相应的N/C代码，这些3-D形式的N/C代码都很长，一般能达到几百K及几兆不等，大部分CNC系统的内存都很难容下这么大的加工代码,这时用DNC进行传送加工最为经济，因为对大部分CNC系统来说，扩充系统内存都非常昂贵，而目前PC机及对其内存的扩充都非常便宜。所以说用RS-232串行通信口对车间中的NC机床进行联网是目前用好NC机床的一个重要手段。

三、目前机床通讯以及数控程序管理状态：

1.数控程序通讯方式的现状及问题

1)车间现有的数控系统繁杂，各系统之间所用的通讯程序也不一样，造成相互之间互不兼容的现状，给技术人员、操作人员的编程和应用带来很多不便，大大限制了零件的转移加工。

2)通讯程序为1对1的通讯程序，不具有程序自动反应和监测功能，在进行机床与计算机的通信时，必须2个操作者同时工作，1个在机床前操作机床，另一个在计算机终端前操作通讯软件，二者交替操作，才能完成通讯工作，所以十分不便。现实操作中大部分工厂采取的方式是数控机床边上放一台电脑，或多台数控设备共用一台电脑的形式，传输软件大多为机床厂随机带的软件，dos版居多。程序的传输采用交互的形式进行，即机床设为等待状态后，电脑端再传输。

3)不能实现远程传输，技术人员工作环境差。车间中噪音、灰尘、油气等，环境较差，应尽可能减少技术人员为传输程序而在机房、机床之间奔波，安心在机房把程序编好，由操作人员在机床边远程调用，技术人员在调试程序时再与操作人员一起调试程序，程序调通之后在机床边由远程传输功能，自动传输到对应的目录下或数据库内。

4)车间对各台数控设备加工程序的管理，采用的是磁盘管理方式。一方面磁盘介质容易损坏；另一方面，对于没有软驱的数控系统，必须先将磁盘上的程序拷贝到通讯用的计算机上，临时连接进行通讯。不仅操作不便，而且不便于对机床的加工任务进行管理，更无法对设备现场的加工程序进行检测。一般来说，车间离编程室都有较远的距离，技术人员通过拷软盘或抱笔记本电脑的方式传输程序，来回奔波于两地之间，浪费很多时间，不利于提高工作效率，并且频繁的热插热拔容易烧坏机床接口。

5)各种登陆、机床端口信息无记录，不能方便地查看。

6)没有程序传输成功或失败的信息反馈。

7)不能实现从程序的任意位置传输，比如换刀处等。

8)一些机床的高级功能未能发挥出来，如ftp，nfs等。

9)部分老的数控系统，内存空间有限，程序一多，机床的内存空间就不够了，大量的加工程序不得不进行反复的删除和键入，频繁重复的零件准备工作浪费了大量的工作时间，直接影响到数控机床的效率，加工程序反复编制也影响了程序的稳定性。

10)一个单位的数控机床可能使用了多种不同的数控系统，按照传统的联网方式，一般是给每台机床配备1台PC机，针对不同的数控系统使用不同的通信程序，弊端是显而易见的。而且车间放很多电脑，工业环境恶劣，电脑寿命大大缩短，而且凌乱、不利于管理。而数控设备正超向集成化、智能化、网络化方向发展，越来越具有pc机等高级计算机的特点，当前的数控设备大多处于一种单机操作的形式，需要象pc机一样，进行网络化改造，实现资源的共享。

2.数控程序的管理现状

1)目前，大部分技术人员采取的方式是每个人在计算机上建立不同的目录，随着人员的增加，程序量的膨胀，存在程序版本混乱、查找困难等问题，如果有人调动或跳槽，其程序能否安全地调用的确是个疑问，再者，程序的安全问题，自己已调好的程序有可能误操作，乃至别人无意更改了你的程序，这些都是经常发生的问题。但是，在数控加工中无小事，很容易产生批次问题，性质就严重了。

2)另外，程序在调用之前能否查看一下刀路轨迹、两个版本能否智能地比较一下，有没有更改的字符，有没有错漏行？能否实现简单的地址数学运算？

3)程序结构问题，数控程序要和对应的零件模型关联，还要有相应的刀具清单、刀具参数、工艺卡片等文档，随着数码相机的普及，最好把关键工序的加工状态、装夹状态、特殊刀具形状记录下来，并与程序一起存放，下一次调用就很形象、很直观。

4)最后一个是程序状态问题，有的刚刚编写的，有的是在调试的，有的是定型的，如何区分不同性质的程序，对不同的人设置不同的权限，也是非常重要的。

四、解决方案：

采用成熟的、完善的DNC解决方案，用一台计算机进行多台数控机床的程序管理和程序传输。

好处：解决上述机床通讯以及数控程序管理状态中存在的所有问题，具体表现在：

1)DNC通讯软件可以支持各种数控系统，支持各种通信标准；

2)支持从机床端自动调用计算机内的NC程序文件；

3)可以远程将多个数控程序打包并调用；

4)支持CNC机床的在线加工，并可实现多机床的同时在线加工，支持在线加工时的断点续传功能，支持DNC在线加工时子程序的在线调用；

5)支持NC程序文件从机床端到计算机端的自动下载；

6)多台机床可以同时调用所需的加工程序；

7)自动生成文件传输信息报表，便于统计及核查管理；

8)完善的错误信息报告；

9)提供不同数控程序的各种方式比较功能，便于比较两个或多个程序间的不同；

10)能提供强大的数控程序编辑功能；

11)传输距离不受限制；

12)提供程序数据库管理功能；

等等.

五、机床联网的几种整体方案：

由于各数控车间（或工厂）的规模不等、工作习惯不同，因而各单位的联网方案也不尽相同，可能是典型的某一种连接形式，也可能是几种形式的结合。但其原理是相通的，下面就把最常见的几种联网方案介绍一下。

1.中间客户机型

在这种方案中，采用一台客户机通过多路RS232接口（或多功能串口通讯卡），控制多台数控设备，而每台客户机又通过以太网与服务器、车间、整个工厂乃至Internet无缝连接起来，其典型结构如图9。

此主题相关图片如下：

在这种方案中，采用一台客户机通过多路RS232接口（或多功能串口通讯卡），控制多台数控设备，而每台客户机又通过以太网与服务器、车间、整个工厂乃至Internet无缝连接起来，其典型结构如图9。

这种方案的优缺点是：

优点：

a)成本低，当机床数量越大，每台机床的平均成本越低。

b)局域网的建设不是必须的，与原系统变化不大。

缺点：

a)当某一硬件或软件发生故障时，会影响多台设备的运转。

b)受RS232传输距离的限制，超过15米时，必须增加长距离接受器。

c)需要较多PC机。

2.多串口设备服务器型；

这种方案的特点是采用一台多串口设备服务器，实现多台数控设备与以太网的连接，这样，在以太网上的任意一台计算机，都可以直接控制该网络的任意一台机床。

此主题相关图片如下：

优点：

a)平均成本较低，与上一方案相比，成本略高，但当机床数量较多时，成本仍然较低。

b)灵活性好，因为任何一台计算机都可以控制任意台数控设备，故具有较高的灵活性。

缺点：

a)当多串口设备服务器发生故障时，会影响多台设备。

b)受RS232传输距离的限制，超过15米时，必须增加长距离接受器。

3.单串口设备服务器型

这种设计方案的特点是：每台串口数控设备上都分别装有一台单串口设备服务器，实现任意设备与以太网直接相联，达到在以太网上的任意一台计算机，都可以直接控制任意一台数控设备。

此主题相关图片如下：

单串口设备服务器

图11单串口设备服务器型结构图

优点：

a)灵活性好，可以做到任意一台计算机都可以直接控制任意一台数控设备，使得数控设备控制的灵活性大大提高。

b)可靠性强，因为这种连接方式是典型的星型连接，即便单串口设备服务器发生故障，只会影响一台设备。

c)不受RS232传输长度的限制。

缺点：

a)需要建设标准的局域网。

b)成本稍高。

六、DNC通讯软件：

常见的两款世界级DNC软件，美国XpertDNC公司的XpertDNC通讯软件，欧洲CIMCO公司的DNX-Max软件。优点，功能强大，成熟，均为国外顶级的DNC通讯软件；缺点，价格都比较高。

此外，随着国内DNC技术的发展，一些有实力的公司纷纷开发出自己的DNC通讯软件，如北京机床研究所的JCSDNS，东升软件的DSDNC等。因为这些公司原本就是从事数控机床的相关工作的，所以他们开发出都比较专业，有的甚至可以与国外的相媲美，而他们的价格都比较低，是中小企业上马数控机床联网项目的好选择。