1、. 數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化建立的分析與研究隨著柔性制造系統(tǒng)(FMS)的開展，數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化建立已是現(xiàn)代制造業(yè)開展的一個(gè)大趨勢(shì)。其中有不少案例已獲得成功。但是由于很多技術(shù)還不成熟，在數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化建立尤其是不同系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化建立中出現(xiàn)了許多的問題。本文對(duì)這些問題進(jìn)展了分析，并對(duì)其開展提出了看法。緒論柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)定義柔性制造系統(tǒng)Fle*ible Manufacturing System; FMS是指在成組技術(shù)的根底上，以多臺(tái)(種)數(shù)控機(jī)床或數(shù)組柔性制造單元為核心，通過自動(dòng)化物流系統(tǒng)將其聯(lián)接，統(tǒng)一由主控計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件進(jìn)展控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產(chǎn)的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。柔性制造系

2、統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)，英文縮寫為FMS。FMS的工藝根底是成組技術(shù)，它按照成組的加工對(duì)象確定工藝過程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)展控制。故能自動(dòng)調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定圍多種工件的成批高效生產(chǎn)，并能及時(shí)地改變產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)需求。FMS兼有加工制造和局部生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。FMS的工藝圍正在不斷擴(kuò)大，包括毛坯制造、機(jī)械加工、裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)等。柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，理想和圓滿地解決了機(jī)械

3、制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾。它具有設(shè)備利用率高、生產(chǎn)能力相對(duì)穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量高、運(yùn)行靈活和產(chǎn)品應(yīng)變能力大的優(yōu)點(diǎn)。柔性制造系統(tǒng)的根本組成局部就機(jī)械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，其根本組成局部有：1.自動(dòng)加工系統(tǒng)。自動(dòng)加工系統(tǒng)，指以成組技術(shù)為根底，把外形尺寸形狀不必完全一致、重量大致相似，材料一樣，工藝相似的零件集中在一臺(tái)或數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床等設(shè)備上加工的系統(tǒng)。2.物流系統(tǒng)。物流系統(tǒng)，指由多種運(yùn)輸裝置構(gòu)成，如傳送帶、軌道一轉(zhuǎn)盤以及機(jī)械手等，完成工件、刀具等的供應(yīng)與傳送的系統(tǒng)，它是柔性制造系統(tǒng)主要的組成局部。3.信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)，指對(duì)加工和運(yùn)輸過程中所需各種信息收集、處理、反應(yīng)，并通過電子計(jì)算

4、機(jī)或其他控制裝置液壓、氣壓裝置等，對(duì)機(jī)床或運(yùn)輸設(shè)備實(shí)行分級(jí)控制的系統(tǒng)。4.軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)，指保證柔性制造系統(tǒng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)展有效管理的必不可少的組成局部。它包括設(shè)計(jì)、規(guī)劃、生產(chǎn)控制和系統(tǒng)監(jiān)視等軟件。柔性制造系統(tǒng)適合于年產(chǎn)量1000100,000件之間的中小批量生產(chǎn)。柔性制造系統(tǒng)的類型1.柔性制造單元。柔性制造單元由一臺(tái)或數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心構(gòu)成的加工單元。該單元根據(jù)需要可以自動(dòng)更換刀具和夾具，加工不同的工件。柔性制造單元適合加工形狀復(fù)雜，加工工序簡(jiǎn)單，加工工時(shí)較長(zhǎng)，批量小的零件。它有較大的設(shè)備柔性，但人員和加工柔性低。2.柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)是以數(shù)控機(jī)床或加工中心為根底，配以物料傳

5、送裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，能在不停機(jī)的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復(fù)雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。3柔性自動(dòng)生產(chǎn)線。柔性自動(dòng)生產(chǎn)線是把多臺(tái)可以調(diào)整的機(jī)床多為專用機(jī)床聯(lián)結(jié)起來，配以自動(dòng)運(yùn)送裝置組成的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動(dòng)生產(chǎn)線，在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動(dòng)生產(chǎn)線；柔性程度高的柔性自動(dòng)生產(chǎn)線，則接近于小批量、多品種生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)柔性制造系統(tǒng)是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，理想和圓

6、滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾。具體優(yōu)點(diǎn)如下。第一，設(shè)備利用率高。一組機(jī)床編入柔性制造系統(tǒng)后，產(chǎn)量比這組機(jī)床在分散單機(jī)作業(yè)時(shí)的產(chǎn)量提高數(shù)倍。第二，在制品減少80%左右。第三，生產(chǎn)能力相對(duì)穩(wěn)定。自動(dòng)加工系統(tǒng)由一自或多臺(tái)機(jī)床組成，發(fā)生故障時(shí)，有降級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力，物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過故障機(jī)床的能力。第四，產(chǎn)品質(zhì)量高。零件在加工過程中，裝卸一次完成，加工精度嵩，加工形式穩(wěn)定。第五，運(yùn)行靈活。有些柔性制造系統(tǒng)的檢驗(yàn)、裝卡和維護(hù)工作可在第一班完成，第二、第三班可在無人照看下正常生產(chǎn)。在理想的柔性制造系統(tǒng)中，其監(jiān)控系統(tǒng)還能處理諸如刀具的磨損調(diào)換、物流的堵塞疏通等運(yùn)行過程中不可預(yù)料的問題。第

7、六，產(chǎn)品應(yīng)變能力大。刀具、夾具及物料運(yùn)輸裝置具有可調(diào)性，且系統(tǒng)平面布置合理，便于增減設(shè)備，滿足市場(chǎng)需要。柔性制造系統(tǒng)開展歷程及趨勢(shì)1967年，英國(guó)莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS根本概念，研制了“系統(tǒng)24。其主要設(shè)備是六臺(tái)模塊化構(gòu)造的多工序數(shù)控機(jī)床，目標(biāo)是在無人看管條件下，實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的困難而未全部建成。1967年，美國(guó)的懷特森斯特蘭公司建成Omniline I系統(tǒng)，它由八臺(tái)加工中心和兩臺(tái)多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機(jī)床間傳送和進(jìn)展加工。這種柔性自動(dòng)化設(shè)備適于少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動(dòng)生產(chǎn)線相似，所

8、以也叫柔性自動(dòng)線。日本、前聯(lián)、德國(guó)等也都先后開展了FMS的研制工作。1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(簡(jiǎn)稱FMC)，為開展FMS提供了重要的設(shè)備形式。柔性制造單元(FMC)一般由12臺(tái)數(shù)控機(jī)床與物料傳送裝置組成，有獨(dú)立的工件儲(chǔ)存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動(dòng)裝卸工件，甚至自動(dòng)檢測(cè)工件，可實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。隨著時(shí)間的推移，F(xiàn)MS在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大開展，實(shí)用階段，以由35臺(tái)設(shè)備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動(dòng)化電機(jī)加工車間，由60個(gè)柔性制造單元包括50個(gè)工業(yè)機(jī)器人和

9、一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)組成，另有兩臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車傳送毛坯和工件，此外還有一個(gè)無人化電機(jī)裝配車間，它們都能連續(xù)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種自動(dòng)化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的自動(dòng)化工廠邁出的重要一步。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了假設(shè)干僅具有FMS根本特征，但自動(dòng)化程度不很完善的經(jīng)濟(jì)型FMS，使FMS的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。柔性制造系統(tǒng)的開展趨勢(shì)大致有兩個(gè)方面。柔性制造系統(tǒng)的開展趨勢(shì)一方面是與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)扣輔助制造系統(tǒng)相結(jié)合，利用原有產(chǎn)品系列的典型工藝資料，組合設(shè)計(jì)不同模塊，構(gòu)成各種不同形式的具有物料流和信息流的模塊化柔性系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的開展趨勢(shì)另一方面是實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷售的整個(gè)生產(chǎn)過程自

10、動(dòng)化，特別是管理層次自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。在這個(gè)大系統(tǒng)中，柔性制造系統(tǒng)只是它的一個(gè)組成局部。數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床概念數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床puter numerical control machine tools的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來。數(shù)控機(jī)床的開展數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是由美國(guó)創(chuàng)造家約翰帕森斯上個(gè)世紀(jì)創(chuàng)造的。隨著電子信息技術(shù)的開展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制

11、造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要根底。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20世紀(jì)80年代開場(chǎng)起步，仍處于開展階段。數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化2.1 當(dāng)前數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)現(xiàn)狀1、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的根底單元。國(guó)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如

12、在EM02001展中，日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的。Cyber Production Center(智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱CPC)；日本大隈(Okuma)機(jī)床公司展出“1Tplaza(信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱rr廣場(chǎng))；德國(guó)西門子Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(開放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱OME)等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向開展的趨勢(shì)。2、數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；

13、(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。3、隨著CAD/CAM體化技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)的普及和應(yīng)用，目前多數(shù)企業(yè)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)、工藝過程編制和數(shù)控機(jī)床程序編制的效率和質(zhì)量上都得到了明顯的提高，企業(yè)的技術(shù)管理與生產(chǎn)管理已經(jīng)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。而在我國(guó)，與CAD/CAM密切相關(guān)的數(shù)控機(jī)床管理仍然處于原始狀態(tài)，成為制約企業(yè)現(xiàn)代化管理水平提高的瓶頸。4、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)在我國(guó)職業(yè)技術(shù)院校根本還是一個(gè)空白，目前還沒有一個(gè)成熟的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控實(shí)訓(xùn)控制系統(tǒng)投入使用。2.2 數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)控機(jī)床經(jīng)過多年的開展，其功能越來越強(qiáng)，但其機(jī)械構(gòu)造卻趨向簡(jiǎn)單化，使傳動(dòng)鏈縮短，精度提高，功能主要靠數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。目前應(yīng)用的數(shù)控

14、系統(tǒng)主要有兩類，一類是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)采用專用的總線構(gòu)造形式，系統(tǒng)對(duì)用戶是封閉的；另一類是基于PC 開放體系的構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)，如傳統(tǒng)數(shù)控生產(chǎn)廠家西門子、FANUC等公司，在傳統(tǒng)專用數(shù)控構(gòu)造的根底上添加了PC外殼的數(shù)控系統(tǒng)。新興的數(shù)控生產(chǎn)廠家基于PC 構(gòu)造直接開發(fā)新的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控聯(lián)網(wǎng)方式主要有3 種，見圖2.1。通過RS232 聯(lián)網(wǎng)B. 通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)網(wǎng)C. 通過局域網(wǎng)直接聯(lián)網(wǎng)2.3 數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)前的主要問題1程序傳輸方面對(duì)于一些程序量要求相對(duì)較少的數(shù)控機(jī)床。一直是采用最原始的手工鍵盤輸人方式，這種方法的弊病是：(1)效率低；(2)占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)；(3)易出錯(cuò)。而一些程序輸入量比擬大的數(shù)控機(jī)

15、床，則使用一個(gè)臺(tái)式計(jì)算機(jī)放在機(jī)床邊專門用于程序傳輸。這種方法的缺點(diǎn)是：(1)環(huán)境惡劣，計(jì)算機(jī)維護(hù)困難。(2)通訊軟件為DOS版本，升級(jí)換代困難；(3)一臺(tái)計(jì)算機(jī)針對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，設(shè)備資源浪費(fèi)；(4)操作方法復(fù)雜，對(duì)操作者的紊質(zhì)要求高；(5)多人操作一臺(tái)計(jì)算機(jī)，程序文件的管理混亂。另外我們?cè)?jīng)用筆記本電腦進(jìn)展程序傳輸，由于頻繁地對(duì)傳輸電纜進(jìn)展插拔操作，筆記本電腦的串行接口極易被燒毀。2程序管理方面(1)對(duì)于FAUNC系統(tǒng)，其程序號(hào)只能使用O*；對(duì)于西門子系統(tǒng)，其程序號(hào)只能使用MPF*，因程序的資源有限，同一個(gè)程序號(hào)有可能對(duì)應(yīng)多個(gè)零件圖號(hào)，從而在應(yīng)用中易產(chǎn)生混亂。(2)為了使程序號(hào)與零件圖號(hào)相互對(duì)

16、應(yīng)，必須有專人負(fù)責(zé)對(duì)程序進(jìn)展記錄管理，此項(xiàng)工作繁雜、易出錯(cuò)。(3)以上弊端嚴(yán)重影響著企業(yè)數(shù)控加工的生產(chǎn)效率，因此迫切需要尋找一種改善數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀的有效方法，對(duì)其進(jìn)展系統(tǒng)化的管理。正是由于目前企業(yè)生產(chǎn)中遇到的同題，目前數(shù)控加工網(wǎng)絡(luò)化控制正處于一個(gè)初步開展的階段。2.4 解決數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化問題的分析基于目前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控控制技術(shù)的開展?fàn)顩r，我認(rèn)為。數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建立還是非常有前景的。打破目前國(guó)常用的數(shù)控機(jī)床點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)，使機(jī)床和計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)一對(duì)多和多對(duì)多的數(shù)據(jù)傳輸。2.4.1 系統(tǒng)的組成機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括：(1)網(wǎng)絡(luò)效勞器、(2)局域網(wǎng)線、(3)CAD/CAM計(jì)算機(jī)、(4)CLINK-40管

17、理系統(tǒng)、(5)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主控機(jī)、(6)遠(yuǎn)程通訊接口、(7)通訊電纜、(8)數(shù)控機(jī)床。其中網(wǎng)絡(luò)效勞器、局域網(wǎng)線、CAD/CAM系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床是企業(yè)已存在的資源；系統(tǒng)管理機(jī)是一臺(tái)安裝了聯(lián)網(wǎng)專用軟件的工業(yè)級(jí)PC計(jì)算機(jī)，可以將客戶管理端軟件安裝在局域網(wǎng)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上作為管理工作站；聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理機(jī)是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，其作用是承受各工作站的調(diào)度，向網(wǎng)絡(luò)上所有數(shù)控機(jī)床發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)床信息的統(tǒng)一管理；遠(yuǎn)程通訊接口設(shè)備是專用于主控機(jī)與機(jī)床間通訊的多串口分配器，其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸而無信號(hào)損失；通訊電纜是普通4芯屏蔽電纜，兩端加光電隔離器以防止干擾信號(hào)。2.4.2 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)具備的主要功能1、徹底擺脫手

18、工輸入程序和單機(jī)輸入程序的局面。實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離自動(dòng)程序傳輸。2、用于管理的PC機(jī)可以放置在局域網(wǎng)的任何位置，不受距離的影響，而主控機(jī)距離數(shù)控機(jī)床的最遠(yuǎn)距離允許到達(dá)1500M。3、并行傳輸程序，即一臺(tái)主控機(jī)可以同時(shí)面向多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)展數(shù)據(jù)通訊。4、操作簡(jiǎn)單，無需借助其他設(shè)備或編程員的幫助，操作工人在機(jī)床的操作面板上輸入相應(yīng)指令，就可以上傳或下載零件加工程序。5、主控機(jī)24小時(shí)工作。隨時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)控機(jī)床實(shí)施管理及數(shù)據(jù)通訊，不會(huì)影響機(jī)床的三班倒或節(jié)假日加班運(yùn)行。6、傳輸可靠性高，專用軟件本身有數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，所以在傳輸過程中一般不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，特殊情況下如有錯(cuò)誤計(jì)算機(jī)立即報(bào)警。軟件同時(shí)具有上傳和下載文件的檢查功能，每個(gè)文件上傳后均可返回一個(gè)檢查文件，確保數(shù)據(jù)的平安。7、程序可