Equipment Manufacturing Technology No.1 2。2016 数控机床信息智能采集技术的现状与趋势 王龙,王云霞,蒋麒麟,李亚鹏 (南京T程学院机械工程学院,汀苏南京21 1 167) 摘要:数控机床信息采集技术的发展对我国工业的发展具有非常重要的现实意义。首先阐述国内外数控机床信息采集 系统的发展历程和研究现状,然后归纳总结不同的数控机床信息采集方法,分析比较各种信息采集方法的优缺点,最后 展望国内外数控机床信息采集系统的发展趋势。 关键词:数控机床;信息采集;智能化;发展趋势 中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1672—545X(2016)12一O116—04 20世纪80年代以来,众多同家都把先进制造技 术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发 展,涌现 一批有代表性和影响力的制造模式及相 关技术体系,有力地推动了制造业的发展I 1。作为一 个T业大困,我国的制造业正面临来自发达国家加 速重振制造业与发展中国家以更低生产成本承接国 际产业转移的“双向挤压” 。在这种严峻形势下,我 于其它系统而言,这两种系统在实际生产巾应用最 为广泛。 国外一般大型数控厂商的数控系统都开发有相 应的数据采集系统与之相配套。国内由于数控系统还 不是很成熟,目前的研究还主要集中在埘闰外数控系 统的数据采集上,常用的系统整体结构如图1昕示。 国唯有加快研发智能制造技术,提高丁业化水平,以 此来应对传统优势减弱的挑战。传统的制造业技术 f感饲】f. 色、处州1l},心 。 ・ 正逐步向f{动化、信息化技术发展,通过高新技术改 智能服务器终 造制造业是现代制造业发展的必然趋势,是企业生 存和发展的必要途径,所以智能制造被越来越多的 传感信息采集 国家所提f}I或实施I I。现代企业制造车间中绝大部分 都是数控机床,但由于现有的数控机床种类繁多,并 且不具备把内部信息自动输出的功能,极容易形成 “信息孤岛”。因此,对数控机床进行数据智能采集是 建设数字化车问的一个关键环节。通过对数控机床 钻孔设备 车削设备 铣削没备 磨削设备 信息采集系统的研发,将会促使企业的办公、管理和 图1数控机床信息采集系统 生产趋于自动化、网络化和智能化【 ,从而达到加强 由于机床的种类非常多,机床的数据采集方法不 企业管理、减少丁作失误、提高:r作效率的目的,对 数控机床利用率的提高、企业的发展均有重要意义。 可能做到完全一致,要实现统一的数据采集,就必须 lJ不同的采集方法 目前, 研究制造设备数据采集在机床监管的自动化,信息 根据机床的不同类型设计}数控机床的主要数据采集方式有如下i种。其中,一 化和我圈制造业发展十分重要。 种是基于标准通信接口的数据采集方式,这种方式 、巴 。 : 雾 . 域 : } 1数控机床信息采集系统研究现状 日前,困内外主要是针对SIEMENS系统和 中,数控机床的标准通信接口主要是0Pc接rJ、Rs一 232串口、DNC接口等接口。当前,大部分数控机床都 带有标准的通信接口,计算机可以直接通过这些接口 从而实现对数控机床的数 FANUC系统进行数控机床数据采集研究。因为相对 与数控机床进行信息交换,收稿日期:2016-09—25 基金项目:南京工程学院大学生科技创新项目(编号:TB20161748);南京工程学院校级创新基金重大项目(编号:CKJA201509) 作者简介:手龙(1995一),男,江苏南京人,硕士研究生,研究方向:网络化制造;王云霞(1976一),女,江苏南京人,教授,硕:【=生导 师.研究方向:网络化制造。 Il6 《装备制造技术)2016年第l2期 据采集。第二种是基于PLC(Programmable Logic Contro1)控制的数据采集方式,这种方式中,对于车间 中一些老式的机床,本身不含有与外部通讯的接口, 只能通过机床的电器电路以及机床内部的PLC进行 机床信号的采集。这些信号可以通过外接PLC、数据 采集卡等硬件来完成。上述基于数控机床电器电路及 PLC的采集方法,在实际应用中并不具有通用性。在 现代企业车间,要实现完整的数据采集系统必须将这 些方法综合起来,灵活地运用,这样才能真正意义上 实现企业制造车间的数字化。第三种是基于硬件的数 据采集方式,这种方式中,数据是通过采用数字量及 态数据采集的功能。对于自带DNC通讯接口的高档 数控,通过在DNC接口外接数据采集卡并运行相应 的软件,实现对数控机床的数据采集功能。通过这种 类型的DNC外接口,还可以实现对机床加工信息的 实时采集和远程控制,并可以实时机床主轴转速、进 给速度、刀具使用寿命等信息进行采集。日本mori— seiki公司研制的MORI—NET Global Edition信息采 集软件能够实现对数控机床的监控及远程控制等, 并把各种加工信息及采集的辅助信息能够分享或者 上传至网上_l01。南京航空航天大学武国峰通过外接数 据采集卡的方式利用DNC实现了对数控机床的运 模拟量的进行采集,能够对机床的I/O信号进行检测 以此实现对机床状态的监控。 2数控机床信息采集主要方式的对比分析 现在国内外市场上出现了一些对数控机床进行 数据采集和监控的系统。现对这些系统的采集方法 进行比较常见的数据采集软件普遍都是数据采集软 件或系统二次开发软件来进行数据的采集。 2.1采用标准通信接口进行数据采集方式 (1)基于数控机床的OPC(OLE for Process Con— tro1)接口数据采集文中英文简称格式要一致。 西门子系列的高档系统和FANUC系统都可以 通过采用OPC的方式进行数据采集。巴西圣保罗大 学基于机床OPC接口,实现对机床的状态信息采集 及远程访问[5]。德国约翰内斯・海德汉博士公司研制 的Heidenhain系统中大部分采用以太网对OPC接口 进行数据采集[6J。中国科学院大学的王帅采用多线程 与OPC技术作为信息采集的手段,在建立OPC客 户程序与数控设备的DCOM通讯连接的基础上对服 务器进行数据采集[71。在采集中只需对OPC接口及 采集软件做相应的配嚣即可,而无需额外添加硬件 设备,并且这种方式能采集到机床几乎所有的状态 信息。浙江大学付林云研发的基于OPC的数控机床 数据采集系统,通过机床以太网口采集机床信息嘲。南 京工程学院李亚鹏通过利用C#编写OPC客户端程 序,易控组态软件作为OPC服务器,实现了客户端 程序对易控OPC服务器的访问并且获取了服务器中 的数据,从而实现了数据的实时采集 。这种采集方 式的优点是采集到数据比较多,缺点是对机床配置 要求比较高,老式机床会受到。 (2)基于数控机床的DNC接口数据采集 这种采集方法主要是通过对机床系统或者电气 电路的特定部位设置采集点,测试出控制电路的电 压信号,通过对照检测电压信号的变化,实现机床状 行状态、完工零件等信息的采集【11】。 (3)基于数控机床的RS一232串口数据采集 这种采集方法主要是通过RS一232串口在数控 机床的控制程序里加入特定的宏程序指令,通过对 返回的状态信息,如机床刀具坐标、加工状态、主轴 转速、进给速度等信息的实时采集。日系数控系统, 如MAZAK,三菱M70系列等采用系统厂商的数据 采集软件进行数据采集,均能采集比较多的数据【 。 大多支持串口编写宏程序,因而可使用宏程序进行 数据的采集。北京华洋宏软件公司研制的DNC—NET 软件。该采集方式的优点是适用于老式的机床;缺点 是机床输出的数据类型有限,想要对操作状态,监控 等信息输出较为困难,尤其是当机床处在非加工状 态时,就不能采集到机床状态信号。其次,机床输出 数据有延时,不能够实时显示机床的运作状态。并 且,采集需要要在加工程序中加入采集指令,程序编 制复杂、较为麻烦。因此,宏程序数据采集一般只运 用于老式机床数据采集[13]。 2.2采用PLC控制方式对机床的数据采集方式 这种采集方式主要是通过机床的电器电路以及 机床内部的PLC进行机床信号的采集。如美国 Predator Software软件技术公司研发的盖勒普系统 MDC(Manufacturing Data Collection&Status Manage— ment)[14J。该系统能够实现对现场数据进行实时采集, 并在分析管理之后,将信息存储在Access,SQL和 Oracle等数据库中,能通过数控设备PLC进行数据 采集,Siemens、Fanuc、Heidenhain等多种型号控制系 统均可被采集。 由于数控机床多用PLC控制,在计算机网络快 捷、高效的时代下,PC—PLC网络成为数控机床数据 采集与监控的一个研究方向【l51。中国计量学院的王国 强利用SiemensPLC设计监管机床运行,实现对机床 信息采集【161。但是由于数控机床的封闭性,为保证机 床的正常工作需要熟悉每一台机床的PLC.实际应 用中将很难直接从PLC读取机床的各种信息,这种 117 Equipment Manufacturing Technology No.12,2016 采集方式的优点是对人机单元没有要求;缺点是需 要对每一台机床的PLC都比较熟悉,以保证机床的 正常工作。而且Siemens和FANUC数控机床自带的 信息采集及检测软件价格相对昂贵。 2.3基于数控机床的硬件数据采集方式 这种数据采集方式是通过采用数字量及模拟量 的数据进行采集,能够对机床的I/O信号进行检测以 此实现对机床状态的监控。南京航空航天大学的徐 永乐数控机床信息采集系统以ARM9为硬件平台, 通过开发I/O接口电路,实现机床侧信号到ARM端 信号的转换【l7J。这种采集方式的优点是不受系统的限 发展趋势,同时也影响着机床信息采集的发展趋势, 主要发展趋势为: (1)提高数控设备利用率,减少了数控设备可加 工时间的相对浪费; (2)通过智能化加工控制,对加工过程中外部变 量进行采样监控,以此来实现加工参数的自动修正 与补偿。 4结束语 我国是一个工业大国,机床信息采集的发展对 制,使用范围广;缺点是采集的数据少,当变动程序 时,现场线路也将会随之改动,较为麻烦。 通过对上述三种采集方法的介绍可以得知,每 种方法都有各自的优点,但也有其局限性。在选择方 案的时候必须充分考虑机床的型号与所配有的通信 接口以及所需要采集的信号种类。如表1所示是对 上述几种信息采集方法的比较。 表1数控机床信息采集类型及其优缺点对比 采集方法 优点 缺点 萋舌 姜 量 基于 P基LC于 采数控集方法机床 ( 处P L襄2C)具 囊 有理的一定的信号通都用能性;采 集; : 兰磊羹 品 薷黯 基于机床硬件(1)适用范围广;(2)继电器的(1)改动起来比较复杂; 的数据采集方信号比较容易采集;(3)通用性(2)维护起来较为复杂; 3数控机床信息采集方式的发展趋势 在工业4.0发展和《中国制造2025}的大前景 下,国外很多企业对网络化车间管理和机床信息采 集进行了研究开发,如德国Siemens公司研制的 MCIS(Motion Control Information System)运动控制 信息系统采集软件[18】'丹麦CIMCO公司研制的MDC —Max 6信息采集软件_191,美国上升科技公司研制的 extremeDNC信息采集软件【删。相较于国外的机床信 息管理系统,国内在这方面还处于起步阶段,我国市 场上较为成熟的机床采集系统还较少,与国外产品 相比仍有许多不足之处。比较有代表性的有北京机 床研究所研发的DNC系统,北京兰光创新科技的 CIMCO—DNC系统等,九思易的自动化监控与信息管 理平台等【 ”。 德国工业4.O等发展策略推动着智能制造,机械 制造技术等核心产业的发展变革,影响着制造业的 l18 我国工业的发展有着重要的意义。加快推进机床信 息采集技术的研发是今后发展的必然趋势。与国外 相比,我国现阶段成熟的信息采集系统还较少,研制 出适合国情的数控信息采集系统,能实现资源共享 和对数控设备的重组,并能提高数控机床使用效率, 这是今后发展的重要趋势。 参考文献: [1】姚锡凡.智慧制造——未来互联网的人机物协同制造新模 式『J1.计算机集成制造系统,2014(6):1490—1498. 【2]左世全.我国智能制造发展战略与对策研究[J】.世界制造技 术与装备市场,2014(3):36—41. 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The Development of Intelligent Data Acquisition Technology of Numerical Control Machine WANG Long,WANG Yun—xia,JIANG Qi-lin,LI Ya-peng (School of Mechanical Engineering,Nanjing Institute of Technology,Nanjing 2 1 1 1 67,China) Abstract:The data acquisition system of CNC machine has important signiifcance to the development of China’S industry.Firstly,the development trend and research situation of data acquisition system of CNC machine in the inland and foreign are explained,then,the information acquisition of various types of CNC machine are summarized,the advantages and disadvantages of various types of acquisition methods are comparedfinally,the ,development trend of the data acquisition system of CNC machine at home and abroad are predicted. Key words:CNC machine;data acquisition;intellectualization;development trend (上接第113页) Application and Exploration of Five Axis 3+2 PrOgramming Based on Powermill FENG Yi-feng (Guangzhou Light Industy Seniror Technical School,Guangzhou Guangdong 5 10230,China) Abstract:Five axis linkage programming and oriented programming and machining features are introduced.The polyhedron,for example on multi axis 3+2 programming some basic methods and skills to do some brief description, orf the majority of beginners learning NC programming technology to provide some basic learning method. Key words:Powermill;cam;five axis NC machining;3+2 programming (上接第115页) Technical Transformation of Frame Sheet Metal Parts Processing Production LAN Hui-jie (Xiamen Jin Longjiang Frame Co.,Ltd.,Xiamen Fujian 36 1 000,China) Abstract:My company’s existing flame sheet metal parts production technology is relatively backwardCombined .with production experience,to shape after processing to bending machine bending forming,the technology is relatively backward production technology.In this paper,combining with the production experiencethe paper ,expounds a kind of technical transformation of sheet metal pans processing production。not only can improve the productivity,lowering the production emissions。Steel waste can be reduced by a year,oll the social and economic benefit shows strong vitality. Key words:frame sheet metal pans;technical transformati0n;economic benefits