研究生課程CADCAM講稿Ch計算機輔助制造與制造執(zhí)行系統(tǒng)

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1、CAD/CAM研 究 室 本 章 學 習 要 點 3 1 計 算 機 輔 助 制 造 概 述 1.1 基本概念1.2 制造硬件對CAM技術(shù)的影響1.3 信息應用方式對CAM技術(shù)的影響1.4 CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 4 1.1 基 本 概 念 計 算 機 輔 助 制 造 （ Computer Aided Manufacturing, CAM）是 指 采 用 計 算 機 及 其 交 互 設(shè) 備 輔 助 人 類 實 現(xiàn) 數(shù) 控 編 程 ， 并控 制 、 監(jiān) 測 、 處 理 、 變 換 、 管 理 加 工 過 程 的 一 種 技 術(shù)廣 義 CAM是 指 利 用 計 算 機 輔 助 完 成 從 生 產(chǎn) 準

2、備 到 產(chǎn) 品 制 造 整個 過 程 的 活 動 ： 工 藝 過 程 設(shè) 計 ， 工 裝 設(shè) 計 ， NC自 動 編 程 ，生 產(chǎn) 作 業(yè) 計 劃 ， 生 產(chǎn) 控 制 ， 質(zhì) 量 控 制 等狹 義 CAM是 指 NC程 序 編 制 ， 包 括 刀 具 路 徑 規(guī) 劃 ， 刀 位 文 件 生成 ， 刀 具 軌 跡 仿 真 及 NC代 碼 生 成 等 5 1 計 算 機 輔 助 制 造 概 述 1.1 基本概念1.2 制造硬件對CAM技術(shù)的影響1.3 信息應用方式對CAM技術(shù)的影響1.4 CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 6 1.2 制 造 硬 件 對 CAM技 術(shù) 的 影 響制 造 裝 備 數(shù) 字 化 控 制

3、 的 實 現(xiàn) 經(jīng) 歷 了 專 用 數(shù) 控 系 統(tǒng) 、 計 算 機數(shù) 控 系 統(tǒng) 、 開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 等 多 個 發(fā) 展 階 段數(shù) 控 指 令 的 輸 入 從 “ 卡 片 與 紙 帶 讀 碼 機 ” 、 “ 磁 帶 與 磁盤 計 算 機 ” 發(fā) 展 到 “ 數(shù) 據(jù) 文 件 直 接 的 局 域 網(wǎng) 和 廣 域 網(wǎng)傳 輸 ”新 型 的 CNC機 床 包 含 了 網(wǎng) 絡(luò) 化 接 口 、 Web服 務 接 口 等 功 能 ，實 現(xiàn) 網(wǎng) 絡(luò) 化 的 CAM技 術(shù) 有 了 制 造 裝 備 方 面 的 硬 件 保 證 7 1.2 制 造 硬 件 對 CAM技 術(shù) 的 影 響 串 行 (RS232C

4、) I/F(D-SUB25)并 行 （ 打 印 機 ) I/F(D-SUB25) PCMCIA 型 / 1槽I C 存 儲 卡 專 用(高 速 ATA)PS/2PS/23.5英 寸 FDD(DOS格 式 )PCMCIA /2槽ETHEA-NET卡SCSI-2 卡調(diào) 制 解 調(diào) 器 卡日 本 Yamazaki Mazak公 司 的 開 放 式 CNC數(shù) 控 系 統(tǒng) MAZATROL FUSION 640的 人 機 界 面 和 各 種 接 口 8 1.2 制 造 硬 件 對 CAM技 術(shù) 的 影 響實 現(xiàn) 制 造 屬 性 數(shù) 據(jù) 、 制 造 過 程 數(shù) 據(jù) 、 故 障 數(shù) 據(jù) 等 能 實 現(xiàn) 雙

5、向 流動 ， 特 別 是 設(shè) 備 向 高 層 管 理 計 算 機 的 流 動 遠 程 監(jiān) 控 畫 面 ， 并 實 時 顯 示 正 在 加 工 中 刀 具 的 切 削 條 件（ 主 軸 轉(zhuǎn) 速 、 進 給 負 載 、 主 軸 負 載 等 ）由 于 將 現(xiàn) 場 的 機 械 運 轉(zhuǎn) 狀 況 能 實 時 向 上 反 饋 、 報 告 ， 因 此 可 實 時 地 掌 握 現(xiàn) 場 情 況 。 加工向?qū)?編 程編 程加 工 向 導 預 測加 工 向 導 預 測向 導向 導實 例 介 紹實 例 介 紹加 工加 工監(jiān) 控監(jiān) 控加 工 向 導 結(jié) 果加 工 向 導 結(jié) 果主 軸 負 荷 記 錄主 軸 負 荷 記 錄

6、加工向?qū)?編 程編 程加 工 向 導 預 測加 工 向 導 預 測向 導向 導實 例 介 紹實 例 介 紹加 工加 工監(jiān) 控監(jiān) 控加 工 向 導 結(jié) 果加 工 向 導 結(jié) 果主 軸 負 荷 記 錄主 軸 負 荷 記 錄 9 1 計 算 機 輔 助 制 造 概 述 1.1 基本概念1.2 制造硬件對CAM技術(shù)的影響1.3 信息應用方式對CAM技術(shù)的影響1.4 CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 10 1.3 信 息 應 用 方 式 對 CAM技 術(shù) 的 影 響產(chǎn) 品 模 型 是 CAM系 統(tǒng) 的 輸 入 ， 不 同 的 產(chǎn) 品 模 型 表 達 方 式 影 響 著 CAM軟 件系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 方 法以 快 速

7、 成 型 機 為 例 ： 用 于 加 工 零 件 輸 入 的 模 型 采 用 三 角 面 片 表 示 ， 形成 了 一 種 稱 之 為 STL文 件 格 式 的 工 業(yè) 事 實 標 準 ， 基 于 快 速 成 型 加 工 的CAM系 統(tǒng) 將 圍 繞 該 種 零 件 模 型 進 行 加 工 輔 助 處 理 美 國 3D Systems的 快 速 成 型 機 11 1.3 信 息 應 用 方 式 對 CAM技 術(shù) 的 影 響 .facet normal x y z outer loop vertex x1 y1 z1 vertex x2 y2 z2 vertex x3 y3 z3 endloope

8、ndfacet . PlatformCollecter FeederPart Box Material MirrorOptic Head Laser Laminating Roller 定義：一種 用三角形組表達零件三維幾何模型表面 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 零件STL文件格式： 三維幾何建模 各類RP制造設(shè)備 定義：當前用于在三維CAD系統(tǒng)與各類RP設(shè)備間進行數(shù)據(jù)交換的事實工業(yè)標準（RPM的輸入） 12 1.3 信 息 應 用 方 式 對 CAM技 術(shù) 的 影 響CAM系 統(tǒng) 在 支 持 制 造 的 數(shù) 控 編 程 、 加 工 調(diào) 度 、 監(jiān) 測 與 質(zhì) 量 控制 過 程 中 ， 采 用 不 同 的 制

9、造 信 息 處 理 模 式 會 產(chǎn) 生 不 同 的 CAM系 統(tǒng) 開 發(fā) 邏 輯 與 應 用 流 程在 采 用 CAM系 統(tǒng) 輔 助 加 工 調(diào) 度 、 監(jiān) 測 與 質(zhì) 量 控 制 活 動 時 ，以 制 造 設(shè) 備 為 基 點 ， 制 造 信 息 處 理 模 式 有 三 種 單 機 模 式 以 制 造 設(shè) 備 作 為 客 戶 端 節(jié) 點 以 制 造 設(shè) 備 作 為 服 務 器 端 節(jié) 點 13 1 計 算 機 輔 助 制 造 概 述 1.1 基本概念1.2 制造硬件對CAM技術(shù)的影響1.3 信息應用方式對CAM技術(shù)的影響1.4 CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 14 1.4 CAM系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 化 C

10、AM制 造 硬 件 的 網(wǎng) 絡(luò) 化 與CAM軟 件 的 網(wǎng) 絡(luò) 化制造設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化接口問題（1）制 造 裝 備 的 網(wǎng) 絡(luò) 化 接 口 是 使 制 造 設(shè) 備 網(wǎng) 絡(luò) 化 的 基 本 要 素 。傳 統(tǒng) 的 數(shù) 控 設(shè) 備 一 般 均 具 有 RS232標 準 串 口 ， 這 種 標 準 串 口用 來 實 現(xiàn) 傳 統(tǒng) 設(shè) 備 的 互 聯(lián) ， 以 便 完 成 數(shù) 控 指 令 網(wǎng) 上 傳 輸 、加 工 工 況 數(shù) 據(jù) 反 饋 等 功 能當 前 新 型 數(shù) 控 制 造 裝 備 均 帶 有 以 太 網(wǎng) 接 口 ， 有 些 還 帶 有 不同 類 型 的 現(xiàn) 場 工 業(yè) 總 線 接 口 ， 為 數(shù) 控 裝

11、備 的 互 聯(lián) 提 供 支 撐 15 1.4 CAM系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 化制造設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化接口問題（2）流 程流 程 1 驅(qū) 動 程 序 訪 問 模 式驅(qū) 動 程 序 訪 問 模 式通 過 串 口 運 行 的 任 何 軟 件通 過 串 口 運 行 的 任 何 軟 件Open(“COMn”)Read Application 本 地本 地 COM驅(qū) 動 程 序驅(qū) 動 程 序COMnTCP/IP 流 程流 程 2Socket訪 問 模 式訪 問 模 式使 用使 用 Socket從 串 口 連 接 器 訪 問 數(shù) 據(jù)從 串 口 連 接 器 訪 問 數(shù) 據(jù)Connect to192.168.127.24

12、5:portRead Application SocketTCP/IP 流 程流 程驅(qū) 動 程 序 訪 問 模 式驅(qū) 動 程 序 訪 問 模 式通 過 串 口 運 行 的 任 何 軟 件通 過 串 口 運 行 的 任 何 軟 件 本 地本 地 驅(qū) 動 程 序驅(qū) 動 程 序 流 程流 程訪 問 模 式訪 問 模 式使 用使 用 從 串 口 連 接 器 訪 問 數(shù) 據(jù)從 串 口 連 接 器 訪 問 數(shù) 據(jù) 192.168.127.245 Windows/Linux 基 于基 于 TCP/IP的 以 太 網(wǎng)的 以 太 網(wǎng)192.168.127.10 COM RS232/485 16 1.4 CAM系

13、 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 化數(shù) 控 制 造 裝 備 在 互 聯(lián) 的 過 程 中 ， 需 要 網(wǎng) 絡(luò) 互 聯(lián) 協(xié) 議 的 支 持對 應 于 遠 程 實 時 操 作 及 抗 干 擾 能 力 的 網(wǎng) 絡(luò) 包 括 早 期 用 于 制造 系 統(tǒng) 互 聯(lián) 的 MAP網(wǎng) ， 以 及 現(xiàn) 今 廣 泛 應 用 的 工 業(yè) 現(xiàn) 場 總 線 、實 時 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 等目 前 已 得 到 應 用 且 列 為 IEC61158國 際 標 準 的 現(xiàn) 場 總 線 有 ：（ FF的 H1、 FF-HSE、 Profibus、 INTERBUS、 P-NET、WorldIFP、 ControlNet、 SwiftNet） ；

14、工 業(yè) 實 時 以 太 網(wǎng)有 EthernetIP、 FF-HSE、 ProfiNet、 IDA等制造設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議 17 1.4 CAM系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 化基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的CAM集成 有 效 利 用 已 有 單 機 版 CAM軟 件 、 且 通 過 共 享 數(shù) 據(jù) 庫 實 現(xiàn) 制 造 數(shù) 據(jù) 分享 的 一 種 形 式由 于 涉 及 到 制 造 數(shù) 據(jù) 的 共 享 問 題 ， 因 此 必 須 給 CAM軟 件 附 加 若 干 輔 助 模塊 ， 如 數(shù) 據(jù) 及 庫 文 件 遠 程 讀 寫 模 塊 、 數(shù) 據(jù) 庫 操 作 權(quán) 限 管 理 模 塊 、 數(shù) 據(jù)一 致 性 維 護 模 塊 等 18

15、 1.4 CAM系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 化基于C/S結(jié)構(gòu)的CAM軟件 其 出 發(fā) 點 是 將 CAM軟 件 劃 分 為 服 務 器 端 軟 件 和 客 戶 機 端 軟 件 兩 部 分 。服 務 器 端 軟 件 實 現(xiàn) CAM的 功 能 ， 而 客 戶 機 端 CAM軟 件 則 實 現(xiàn) 基 于 用 戶 圖形 界 面 的 輸 入 輸 出 功 能 ， 常 安 裝 在 制 造 裝 備 的 前 端 計 算 機 中基 于 C/S結(jié) 構(gòu) 的 CAM軟 件 需 要 在 客 戶 端 安 裝 相 關(guān) 的 軟 件 ， 故 使 用 該 類 軟件 受 客 戶 端 地 理 位 置 的 限 定 19 1.4 CAM系 統(tǒng) 的

16、網(wǎng) 絡(luò) 化基于B/S結(jié)構(gòu)的CAM軟件其 邏 輯 是 將 CAM軟 件 安 裝 在 服 務 器 端 ， 在 客 戶 機 端 則 不 作 任 何 安 裝 。 其運 行 可 在 任 意 地 點 的 客 戶 端 通 過 Web瀏 覽 器 完 成 ， 且 相 應 的 交 互 界 面 以Web頁 面 、 Java Applet或 ActiveX控 件 等 形 式 表 現(xiàn)CAM軟 件 可 安 裝 在 管 理 層 的 計 算 機 中 ， 亦 可 安 裝 在 底 層 的 制 造 裝 備 的 前端 計 算 機 中 。 前 一 種 安 裝 方 式 指 底 層 所 產(chǎn) 生 的 制 造 數(shù) 據(jù) 由 高 層 采 集 、處

17、 理 與 發(fā) 布 ； 后 一 種 安 裝 形 態(tài) 指 制 造 裝 備 所 產(chǎn) 生 的 數(shù) 據(jù) 通 過 Web服 務 直 接 向 外 發(fā) 布 20 2 開 放 式 的 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1 基本概念2.3 數(shù)控的軸的概念2.4 基于運動控制卡的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.5 基于PC軟數(shù)控機理的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.2 開放式CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 21 2.1 基 本 概 念開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 伴 隨 著 個 人 計 算 機 PC的 出 現(xiàn) 而 出 現(xiàn)原 有 專 用 數(shù) 控 系 統(tǒng) 在 軟 硬 件 資 源 方 面 的 局 限 性 ， 無 法 適 應數(shù) 字 化 制 造 環(huán) 節(jié)

18、對 模 塊 化 、 可 重 構(gòu) 、 可 擴 充 等 方 面 的 要 求 ，無 法 在 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 通 用 性 、 柔 性 、 適 應 性 和 進 一 步 的 智 能化 、 網(wǎng) 絡(luò) 化 方 面 提 供 支 撐開 放 式 CNC系 統(tǒng) 的 概 念 起 源 于 上 世 紀 80年 代 的 美 國 ， 目 前 提出 了 不 同 的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) ， 典 型 的 有 ： 美 國 的 下 一 代控 制 器 NGC計 劃 、 歐 盟 的 自 動 化 系 統(tǒng) 開 放 式 控 制 結(jié) 構(gòu) OSACA計 劃 、 日 本 的 開 放 式 控 制 器 系 統(tǒng) 環(huán) 境 OSEC計 劃 等 開

19、放式CNC系統(tǒng)的特點： 能 夠 在 各 種 操 作 環(huán) 境 下 運 行 可 與 其 他 系 統(tǒng) 相 互 交 流 信 息 能 夠 給 用 戶 提 供 一 種 統(tǒng) 一 風 格 的 交 互 方 式2.1 基 本 概 念 23 2.1 基 本 概 念開放式CNC體系結(jié)構(gòu)可歸納為三種類型：在 專 用 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 嵌 入 PC的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu)基 于 運 動 控 制 卡 的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu)基 于 PC軟 數(shù) 控 機 理 的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 24 2 開 放 式 的 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1 基本概念2.4 數(shù)控的軸的概念2.5 基于運動控制

20、卡的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.6 基于PC軟數(shù)控機理的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.2 開放式CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 25 2.2 開 放 式 CNC系 統(tǒng) 的 體 系 結(jié) 構(gòu)開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) （ 第 六 代 數(shù) 控 系 統(tǒng) ） 可 通 過 兩 種 方 式 實 現(xiàn) ：開放軟件體系結(jié)構(gòu)與開放硬件體系結(jié)構(gòu) NC代 碼 分 析 器刀 具 路 徑 規(guī) 劃伺 服 算 法 、 刀具 軌 跡 生 成 、內(nèi) 置 PLC 解 碼 器 ， 數(shù) 據(jù)采 集 控 制 系 統(tǒng) ，I/O， 以 太 網(wǎng) 卡 、屏 蔽 電 纜 ， 檢測 元 器 件設(shè) 備 驅(qū) 動 軟 件 用 戶界 面 機 床

21、 設(shè) 備數(shù) 控 實 時操 作 系 統(tǒng) MES/MRP/ERPInternet 防 火 墻實 時 API VB、 VC+編 譯 環(huán) 境 代 碼 分 析 器刀 具 路 徑 規(guī) 劃伺 服 算 法 、 刀具 軌 跡 生 成 、內(nèi) 置 解 碼 器 ， 數(shù) 據(jù)采 集 控 制 系 統(tǒng) ， 以 太 網(wǎng) 卡 、屏 蔽 電 纜 ， 檢測 元 器 件設(shè) 備 驅(qū) 動 軟 件 用 戶界 面 機 床 設(shè) 備數(shù) 控 實 時操 作 系 統(tǒng) 防 火 墻實 時 、編 譯 環(huán) 境 26 2.2 開 放 式 CNC系 統(tǒng) 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 層 制 造 層 管 理 層PLC、 DSP運動 控 制 卡運 動 控 制 器 產(chǎn) 品

22、 供 應 商 ： 美 國 的 Delta Tau、 Galil公 司 ， 德國 的 Dspace、 Movtec公 司 等 27 2 開 放 式 的 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1 基本概念2.4 數(shù)控的軸的概念2.5 基于運動控制卡的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.6 基于PC軟數(shù)控機理的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.2 開放式CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 28 2.3 開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 接 入 技 術(shù)計 算 機 與 數(shù) 控 加 工 設(shè) 備 的 通 信 方 式 取 決 于 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 通 信接 口 與 協(xié) 議 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 提 供 的 通 信

23、接 口 有 ： 異 步 串 行 通 信接 口 ， 接 口 ， 現(xiàn) 場 總 線 接 口 ， 接 口 等異步串行通信接口RS232、 RS422、 RS485等 ， 優(yōu) 點 ： 方 便 ， 實 現(xiàn) 較 容 易 ； 缺 點 ：通 信 距 離 較 近DNC接口可 實 現(xiàn) 較 遠 距 離 通 信 ， 具 有 出 錯 反 饋 與 在 線 實 時 修 改 功 能 ，便 于 遠 程 管 理 ， 但 結(jié) 構(gòu) 復 雜 ， 通 用 性 差 ， 軟 件 開 發(fā) 難 度 大MAP網(wǎng)或現(xiàn)場總線接口通 信 速 率 快 ， 可 靠 性 高 ， 可 實 現(xiàn) 一 些 實 時 性 很 強 的 控 制 要 求 29 2.3 開 放

24、式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 接 入 技 術(shù) 設(shè) 計 部 門 工 藝 部 門 其 他 部 門 圖 1 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 網(wǎng) 絡(luò) 交 換 器網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 控 1 網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 控 2 網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 控 3普 通 機 床 工 作 站管 理 員 工 作 站車 間 數(shù)據(jù) 庫 網(wǎng) 絡(luò) 服 務 器車 間 服 務 器 Internet/Intranet 用 戶 車 間 網(wǎng) 絡(luò)設(shè) 計 部 門 工 藝 部 門 其 他 部 門 圖 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 網(wǎng) 絡(luò) 交 換 器網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 控 網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 控 網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 控 普 通 機 床 工 作 站管 理 員 工 作 站車 間 數(shù)據(jù) 庫 網(wǎng) 絡(luò) 服 務 器車 間 服 務

25、器 用 戶 車 間 網(wǎng) 絡(luò) 30 2.3 開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡(luò) 接 入 技 術(shù)WWW數(shù) 據(jù) 查 詢 服 務 器WWW數(shù) 據(jù) 查 詢 服 務 器 一 級 調(diào) 度 （ 企 業(yè) 級 調(diào) 度 ） ， 網(wǎng) 上 信 息 發(fā) 布 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享一 級 調(diào) 度 （ 企 業(yè) 級 調(diào) 度 ） ， 網(wǎng) 上 信 息 發(fā) 布 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享二 級 調(diào) 度 （ 包 括 車 間 服 務 器 任 務 的 接 受 ， 同級 機 床 任 務 之 間 的 協(xié) 調(diào) ， 監(jiān) 控 信 息 向 服 務 器的 發(fā) 送 ）二 級 調(diào) 度 （ 包 括 車 間 服 務 器 任 務 的 接 受 ， 同級 機 床 任 務

26、 之 間 的 協(xié) 調(diào) ， 監(jiān) 控 信 息 向 服 務 器的 發(fā) 送 ） NC程 序 編 制 接 受NC程 序 編 制 接 受編 譯 和 解 釋 NC代 碼編 譯 和 解 釋 NC代 碼加 工 控 制 ， 故 障 診 斷加 工 控 制 ， 故 障 診 斷司 服 系 統(tǒng) ， PLC， 傳 感 器司 服 系 統(tǒng) ， PLC， 傳感 器 加 工 信 息 統(tǒng) 計 ， 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享加 工 信 息 統(tǒng) 計 ， 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享ISO-OSI協(xié) 議ISO-OSI協(xié) 議網(wǎng) 卡 驅(qū) 動 程 序 網(wǎng) 卡 驅(qū) 動 程 序機 床機 床 網(wǎng) 卡網(wǎng) 卡 以 太 網(wǎng)以 太 網(wǎng) 現(xiàn) 場 總 線 圖 二 數(shù) 據(jù) 查

27、詢 服 務 器數(shù) 據(jù) 查 詢 服 務 器一 級 調(diào) 度 （ 企 業(yè) 級 調(diào) 度 ） ， 網(wǎng) 上 信 息 發(fā) 布 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享一 級 調(diào) 度 （ 企 業(yè) 級 調(diào) 度 ） ， 網(wǎng) 上 信 息 發(fā) 布 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享二 級 調(diào) 度 （ 包 括 車 間 服 務 器 任 務 的 接 受 ， 同級 機 床 任 務 之 間 的 協(xié) 調(diào) ， 監(jiān) 控 信 息 向 服 務 器 的 發(fā) 送 ）二 級 調(diào) 度 （ 包 括 車 間 服 務 器 任 務 的 接 受 ， 同級 機 床 任 務 之 間 的 協(xié) 調(diào) ， 監(jiān) 控 信 息 向 服 務 器的 發(fā) 送 ）程 序 編 制 接 受程 序 編 制 接 受編 譯

28、 和 解 釋 代 碼編 譯 和 解 釋 代 碼加 工 控 制 ， 故 障 診 斷 加 工 控 制 ， 故 障 診 斷司 服 系 統(tǒng) ， ， 傳感 器司 服 系 統(tǒng) ， ， 傳感 器 加 工 信 息 統(tǒng) 計 ， 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享加 工 信 息 統(tǒng) 計 ， 網(wǎng)絡(luò) 資 源 共 享協(xié) 議協(xié) 議網(wǎng) 卡 驅(qū) 動 程 序網(wǎng) 卡 驅(qū) 動 程 序機 床機 床 網(wǎng) 卡網(wǎng) 卡 以 太 網(wǎng)以 太 網(wǎng) 現(xiàn) 場 總 線 圖 二 31 2 開 放 式 的 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1 基本概念2.4 數(shù)控的軸的概念2.5 基于運動控制卡的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.6 基于PC軟數(shù)控機理的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.2 開放式

29、CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 32 2.4 數(shù) 控 的 軸 的 概 念從 三 維 幾 何 空 間 看 ， 一 個 物 體 在 一 個 空 間 內(nèi) 沿 X、 Y、 Z軸 的平 動 和 繞 這 三 個 軸 的 轉(zhuǎn) 動 構(gòu) 成 了 該 空 間 的 六 個 基 本 軸 運 動對 于 數(shù) 控 機 床 ， 其 數(shù) 控 的 目 標 是 在 由 主 軸 部 件 和 進 給 部 件 組成 的 切 削 幾 何 空 間 內(nèi) 控 制 軸 運 動 及 其 軸 運 動 間 的 聯(lián) 動+Y+ Z +X- Y- X - Z 標 準 坐 標 系 ： 右 手 笛 卡爾 坐 標 系各 軸 的 回 轉(zhuǎn) 運

30、 動 及 其方 向 用 右 手 螺 旋 法 則 判 定 33 2.4 數(shù) 控 的 軸 的 概 念目 前 ， 最 好 的 的 數(shù) 控 設(shè) 備 之 一 為 五 軸 五 聯(lián) 動加 工 中 心數(shù) 控 機 床 的 切 削 加 工 動 作 是 通 過 軸 運 動 或 多 軸 聯(lián) 動 產(chǎn) 生 的運 動 來 完 成 。 其 中 ， 多 軸 聯(lián) 動 用 于 產(chǎn) 生 預 定 的 運 動 軌 跡以 CNC車 削 為 例 ， 需 要 控 制 的 軸 運 動 包 括 車 床 主 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 運動 、 進 刀 方 向 和 走 刀 方 向 兩 個 直 線 運 動在 車 削 螺 紋 時 ， 需 要 在 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 運

31、 動 和 沿 進 刀 方 向 的 直 線運 動 間 實 現(xiàn) 聯(lián) 動 ； 車 削 錐 面 則 需 要 在 兩 個 直 線 運 動 間 實 現(xiàn)聯(lián) 動控 制 軸 運 動 是 數(shù) 控 加 工 的 核 心 。 在 某 種 程 度 上 ， 數(shù) 控 體 系結(jié) 構(gòu) 的 開 放 性 可 由 控 制 軸 運 動 的 實 現(xiàn) 方 法 的 開 放 性 決 定 34 2 開 放 式 的 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1 基本概念2.4 數(shù)控的軸的概念2.5 基于運動控制卡的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.6 基于PC軟數(shù)控機理的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.2 開放式CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 35 2.5

32、 基 于 運 動 控 制 卡 的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu)在 基 于 運 動 控 制 卡 的 開 放 式 數(shù) 控 機 床 中 ， 軸 運 動 是 通 過 伺服 電 機 驅(qū) 動 相 關(guān) 的 執(zhí) 行 機 構(gòu) 完 成 的 。 運 動 控 制 卡 則 用 于 產(chǎn)生 控 制 信 號 以 便 控 制 伺 服 電 機 實 現(xiàn) 相 關(guān) 的 運 動 軌 跡運 動 控 制 卡 含 CPU， 實 時 控 制 計 算 由 其 完 成 ， 而 涉 及 到 數(shù) 控的 非 實 時 計 算 部 分 則 可 由 PC機 實 現(xiàn)通 過 驅(qū) 動 器 、 I/O接 口 與 各 種 伺 服 電 機 相 聯(lián) ， 伺 服 電 機

33、再 驅(qū)動 執(zhí) 行 機 構(gòu) 如 運 動 平 臺 按 預 定 軌 跡 運 動 。 運 動 的 位 置 等 誤差 則 通 過 光 柵 元 件 進 行 檢 測 并 反 饋 以 修 正 誤 差 。 36 2.5 基 于 運 動 控 制 卡 的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 光 柵 尺 伺 服 電 機 與 運 動 平 臺驅(qū) 動 器 與 I/O接 口 運 動 控 制 卡控 制 軟 件 37 2 開 放 式 的 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1 基本概念2.4 數(shù)控的軸的概念2.5 基于運動控制卡的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.6 基于PC軟數(shù)控機理的開放式CNC體系結(jié)構(gòu)2.2 開放式CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.3 開

34、放式數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 38 2.6 基 于 PC的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu)用 于 插 接 運 動 控 制 卡 的 PC機 所 使 用 的 為 通 用 非 實 時 操 作 系統(tǒng) （ 如 Windows/Linux等 ）將 PC機 的 操 作 系 統(tǒng) 改 為 實 時 操 作 系 統(tǒng) （ 如 Windows的 RTX、RT-Linux等 ） ， 且 將 運 動 控 制 卡 的 功 能 由 基 于 實 時 操 作 系統(tǒng) 的 運 動 控 制 軟 件 來 實 現(xiàn) ， 則 構(gòu) 成 了 基 于 PC軟 數(shù) 控 機 理 的開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu)實 時 任 務 進 程 、 實 時 任 務

35、 管 理 、 硬 件 中 斷 控 制 等 技 術(shù) 是 替代 運 動 控 制 卡 功 能 、 完 成 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 的 核 心 內(nèi) 容 39 2.6 基 于 PC的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu)該 種 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 依 賴 于 計 算 機 操 作 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 。 根據(jù) 選 擇 的 不 同 操 作 系 統(tǒng) ， 其 可 分 為 以 下 幾 種 類 型 ： 單 PC機 配 置 實 時 操 作 系 統(tǒng)數(shù) 控 軟 件 的 實 現(xiàn) 構(gòu) 架 可 規(guī) 劃 為 五 個 層 次 ： 應 用 API層 、 應 用程 序 層 、 實 時 操 作 系 統(tǒng) 層 、 I/O接 口 層 、 數(shù)

36、 控 設(shè) 備 層 雙 PC分 別 配 置 實 時 操 作 系 統(tǒng) 和 通 用 操 作 系 統(tǒng) 單 PC分 別 配 置 實 時 操 作 系 統(tǒng) 和 通 用 操 作 系 統(tǒng) 40 2.6 基 于 PC的 開 放 式 CNC體 系 結(jié) 構(gòu) 控 制 面 板 及 操 作 控 制 模 塊 ；NC代 碼 解 釋 模 塊 ；刀 補 預 處 理 模 塊 ；插 補 模 塊 ；伺 服 控 制 模 塊 ；I/O處 理 模 塊 ；設(shè) 備 驅(qū) 動 模 塊 ； 其 它 擴 充 模 塊 。 應 用 程 序 層 PLC的 API；傳 感 器 等 的 API；插 補 器 API；離 散 點 I/O的 API；位 置 補 償 AP

37、I；位 置 控 制 API；系 統(tǒng) 參 數(shù) 調(diào) 節(jié) API； CNC設(shè) 備 驅(qū) 動 API。 應 用 API層 Windows RTX；RT-Linux實 時 操 作 系 統(tǒng) 層 接 口 卡 ；RS232串 口 ；I/O接 口 層伺 服 驅(qū) 動 器 ；伺 服 電 機 ；執(zhí) 行 機 構(gòu) ；數(shù) 控 設(shè) 備 層 41 3 數(shù) 控 編 程 與 計 算 機 輔 助 技 術(shù)3.1 數(shù)控機床編程基礎(chǔ)知識3.2 數(shù)控機床手工編程步驟3.3 數(shù)控機床編程實例3.4 計算機輔助數(shù)控編程 42 3.1 數(shù) 控 機 床 編 程 的 基 礎(chǔ) 知 識Z: 以 主 軸 軸 線 方 向 為 坐 標 軸 Z方 向 ，刀 具 遠

38、 離 工 件 方 向 為 Z軸 正 向X: 水 平 面 內(nèi) 垂 直 于 工 件 方 向 為 坐 標 軸 X方 向 刀 具 遠 離 工 件 方 向 為 正 方 向原 點 ： 車 床 的 原 點 一 般 定 義 在 主 軸 旋 轉(zhuǎn)中 心 與 車 頭 端 面 的 交 點 或 參 考 點 上以數(shù)控車床為例：參 考 點 ： 參 考 點 為 機 床 上 的 一 個 固 定 點 。其 位 置 由 X和 Z向 的 機 械 擋 塊 決 定一 般 機 床 的 原 點 與 參 考 點 重 合 ， 以 上 述 原 點 與 X軸 Z軸 建 立 直 角 坐 標 系 ， 即 為機床坐標系 43 3.1 數(shù) 控 機 床 編

39、程 的 基 礎(chǔ) 知 識工 件 原 點 ： 工 件 原 點 是 人 為 設(shè) 定 的 點 （ 設(shè) 定 依 據(jù) ： 既 符 合 圖 樣 的 尺 寸 標 注 習 慣 ， 又 便 于 編 程 ）以 坐 標 原 點 為 原 點 ， 建 立 一 個 Z軸 與 X軸 的 坐 標 系 ， 即 為工件坐標系車 床 工 件 原 點 ： 一 般 選 擇 在 工 件 的 右 端 面 、 左 端 面 、 卡盤 的 前 面 44 OXXXx主 程 序M98 P* LXXXX 子 程 序 OXXXXM02主 程 序 M993.1 數(shù) 控 機 床 編 程 的 基 礎(chǔ) 知 識 45 F指 令 ： F功 能 表 示 進 給 速 度

40、 ， 進 給 速 度 使 用 F和 其 后 面 的 若 干數(shù) 字 來 表 示 的 。 在 G98條 件 下 ， F后 數(shù) 字 表 示 mm/min（ 外 圓 加工 ） ,在 G99條 件 下 ， F后 數(shù) 字 表 示 mm/r,（ 螺 紋 加 工 ） ， 在 未指 定 情 況 下 ， 默 認 為 G98條 件T指 令 ： T指 令 表 示 換 刀 功 能 ， 它 是 由 字 母 T和 其 后 的 四 位 數(shù) 字表 示 的 ， 其 中 前 兩 位 數(shù) 據(jù) 表 示 刀 具 號 ， 后 兩 位 數(shù) 據(jù) 表 示 刀 具補 償 號 。 每 一 刀 具 加 工 完 成 ， 必 需 取 消 刀 補S指 令

41、： S指 令 表 示 主 軸 轉(zhuǎn) 速 ， 它 是 由 S和 其 后 的 數(shù) 字 組 成 的 ，例 如 ： S300表 示 主 軸 轉(zhuǎn) 速 300轉(zhuǎn) （ 此 指 令 只 能 在 具 有 主 軸 伺 服機 構(gòu) 的 機 床 中 使 用 ）3.1 數(shù) 控 機 床 編 程 的 基 礎(chǔ) 知 識 46 3 數(shù) 控 編 程 與 計 算 機 輔 助 技 術(shù)3.1 數(shù)控機床編程基礎(chǔ)知識3.2 數(shù)控機床手工編程步驟3.3 數(shù)控機床編程實例3.4 計算機輔助數(shù)控編程 47 尺 寸 是 否 完 整 產(chǎn) 品 精 度 、 粗 糙 度 等 要 求 產(chǎn) 品 材 質(zhì) 、 硬 度 等 3.2 數(shù) 控 機 床 手 工 編 程 步 驟

42、手 工 編 程 計 算 機 輔 助 48 3.2 數(shù) 控 機 床 手 工 編 程 步 驟 加 工 方 式 及 設(shè) 備 確 定 毛 坯 尺 寸 及 材 料 確 定 裝 夾 定 位 確 定 加 工 路 徑 及 起 刀 點 、 換 刀 點 的 確 定 刀 具 數(shù) 量 、 材 料 、 幾 何 參 數(shù) 的 確 定 、 切 削 參 數(shù) 的 確 定切深 影 響 吃 刀 量 的 因 素 有 粗 、 精 車 工 藝 。 刀 具 強 度 、 機 床 性 能 、 工 件材 料 及 表 面 粗 糙 度進給量 粗 、 精 車 工 藝 ： 粗 車 進 給 量 應 較 大 ， 以 縮 短 切 削 時 間 ： 精 車 進 給

43、量 應 較 小 以 降 低 表 面 粗 超 度 。 一 般 情 況 下 ， 精 車 進 給 量 小 于 0 2mm/r為 宜 ， 但 要 考 慮 刀 尖 圓 弧 半 徑 的 影 響 ； 粗 車 進 給 量 大 于 0.25mm/r 49 3.2 數(shù) 控 機 床 手 工 編 程 步 驟進給量 機 床 性 能 ： 如 功 率 及 剛 性 工 件 的 裝 夾 方 式 刀 具 材 料 及 幾 何 形 狀 工 件 的 材 料切削速度影 響 切 削 速 度 的 因 素 有 ： 刀 具 材 料 、 工 件 材 料 、 刀 具 耐 用 度 、 切 深 與 進 給 量 。 刀 具 形 狀 、 切 削 液 及 機

44、 床 性 能 50 3.2 數(shù) 控 機 床 手 工 編 程 步 驟 1) 按 規(guī) 定 格 式 編 寫 程 序 2) 按 “ 程 序 編 輯 步 驟 ” 輸 入 程 序 ， 并 檢 查 程 序 3) 修 改 程 序 用 G92指 令 建 立 的 坐 標 系 ， 與 起 刀 點 位 置 有 關(guān) ， 故 程 序 中 起點 與 終 點 位 置 最 好 一 致 ， 既 坐 標 X、 Z值 相 同 用 G54指 令 建 立 的 坐 標 系 只 與 機 床 零 點 有 關(guān) ， 與 起 刀 點 位 置無 關(guān) ， 故 每 次 開 機 后 至 少 應 回 一 次 參 考 點 當 在 G91指 令 狀 態(tài) 下 編

45、程 時 ， 起 點 與 終 點 位 置 最 好 一 致 ， 既 X 、 Z軸 正 負 增 量 為 零1) 編 程 零 點 及 工 件 坐 標 系 的 確 定2) 各 節(jié) 點 數(shù) 值 計 算 51 3 數(shù) 控 編 程 與 計 算 機 輔 助 技 術(shù)3.1 數(shù)控機床編程基礎(chǔ)知識3.2 數(shù)控機床手工編程步驟3.3 數(shù)控機床編程實例3.4 計算機輔助數(shù)控編程 52 3.3 數(shù) 控 機 床 編 程 實 例編 程 實 例 1：如 右 圖 ， 技 術(shù) 條 件 ： 該 工 件 毛 坯 為 26尼 龍 棒,要 求 六 次 循 環(huán) 加 工 完 成 ， 其 中 后 五 次 的 吃 刀量 為 0 8mm(半 徑 值

46、)， 該 例 為 半 徑 值 編 程O2001； (主 程 序 程 序 名 )N1 G92 X16 Z1； (建 立 坐 標 系 )N2 G90 G00 Z0 M03； (快 速 移 位 )N3 M98 P0003 L6； (六 次 調(diào) 用 子 程 序 )N4 G90 G00 Xl6 Z1； (回 到 起 刀 點 )N5 M05； (主 軸 停 )N6 M02； (主 程 序 結(jié) 束 并 復 位 )O0003； (子 程 序 程 序 名 ) N1 G01 G91 X-12 F100；N2 G03 X7.385 Z-4.923 R8；N3 X3.215 Z-39.877 R60；N4 G02 X

47、1.4 Z-28.636 R40；N5 G00 X4；N6 Z73.436；N7 G01 X-4.8 F100；N8 M99； 53 3.3 數(shù) 控 機 床 編 程 實 例編 程 實 例 2：該 工 件 毛 坯 為 26尼 龍 棒O2002；N10 G92 X70 Z30；N20 M06 T0101；N30 M03；N40 G90 G00 X40 Z2；N50 G01 X28 F400；N60 G80 X24.6 Z-70 F200；N70 G00 X24.6；N90 G01 X8 Z2 F300；N100 X16 Z-2 F100； N110 X16 Z-28；N120 X24 Z-38；N

48、130 G01 Z-48；N140 G02 X24 Z-60 R10；N150 G01 Z-70；N160 G00 X70 Z30； 54 3 數(shù) 控 編 程 與 計 算 機 輔 助 技 術(shù)3.1 數(shù)控機床編程基礎(chǔ)知識3.2 數(shù)控機床手工編程步驟3.3 數(shù)控機床編程實例3.4 計算機輔助數(shù)控編程 55 3.4 計 算 機 輔 助 數(shù) 控 編 程工 藝 分 析加 工 參 數(shù) 設(shè) 置幾 何 分 析 刀 位 軌 跡生 成 機 床 專 用 的后 置 處 理 NC代 碼 仿 真APT/EXAPT幾 何 元 素 定 義 語 句 ；機 床 、 刀 具 語 句 ；允 差 語 句 ；運 動 語 句 ；后 置 處

49、 理 語 句 ；其 它 語 句 56 3.4 計 算 機 輔 助 數(shù) 控 編 程工 藝 分 析加 工 參 數(shù) 設(shè) 置幾 何 分 析 刀 位 軌 跡生 成 機 床 專 用 的后 置 處 理 NC代 碼 仿 真CAD模 型 標 準 NC代 碼 CAM軟 件 CAM模 塊 ：產(chǎn) 品 信 息 模 型 輸 入特 征 識 別刀 位 與 刀 具 偏 置 計 算后 處 理 57 HEADER;ENDSEC;DATA;#1=PROJECT(Example, #2,(#3),$,$,$);#2=WORKPLAN(Mainworkplan,(#10,#11,#12),$,#6,$);#6=SETUP(SETUP1,

50、#60,#52,(#7); #10=MACHINING_WORKINGSTEP(wPlanerface1,#52,#16,#19,$);#11=MACHINING_WORKINGSTEP(wRoughpocket1,#52,#17,#20,$);#12=MACHINING_WORKINGSTEP(wFinishpocket1,#52,#17,#23,$);#17=CLOSED_POCKET(pocket1,#4,(#20,#21),#72,#55,(),$,#25,$,#32,#26);ENDSEC;END-ISO-10303-21;STEP-NC控 制 器 用 戶 圖 形 界 面 STEP-

51、NC解 析 器底 層 NC內(nèi) 核 CAD/CAM系 統(tǒng) 用 戶 圖 形 界 面(AP203、 AP214) (AP224/AP219)CAD/CAM系 統(tǒng) AP238 指 令 STEP-NC控 制 器 3.4 計 算 機 輔 助 數(shù) 控 編 程為 解 決 這 方 面 的 問 題 ， 一 種 新 型 的 、 含 有 高層 語 義 信 息 的 數(shù) 控 后 置 處 理 文 件 格 式 STEP-NC正 由 STEP標 準 的 應 用 協(xié) 議 AP238所 定 義 。它 是 CAM與 CNC間 的 接 口 ， 其 文 件 中 的 代 碼 在量 級 上 大 致 相 當 于 傳 統(tǒng) 數(shù) 控 文 件 中 的

52、 G、 M代碼 。 AP238文 件 可 由 CAD/CAM系 統(tǒng) 自 動 產(chǎn) 生 ， 當AP238文 件 輸 入 到 CNC機 床 后 ， 由 STEP-NC控制 器 根 據(jù) 該 文 件 直 接 驅(qū) 動 機 床 進 行 加 工 操 作 。 NC代 碼 無 特 征 信 息 、 無 工 藝 信 息 STEP-NC控 制 器 ：1） STEP-NC解 析 器2） 底 層 NC內(nèi) 核 58 3 數(shù) 控 編 程 與 計 算 機 輔 助 技 術(shù)3.1 數(shù)控機床編程基礎(chǔ)知識3.2 數(shù)控機床手工編程步驟3.3 數(shù)控機床編程實例3.4 計算機輔助數(shù)控編程3.5 計算機輔助數(shù)控編程的關(guān)鍵技術(shù) 59 3.5 計

53、算 機 輔 助 數(shù) 控 編 程 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 60 3.5 計 算 機 輔 助 數(shù) 控 編 程 的 關(guān) 鍵 技 術(shù)* 力 場* 溫 度 場多 能 域 有 限 元分 析 技 術(shù) 薄 壁 件 加 工特 殊 材 料 加 工 61 3.5 計 算 機 輔 助 數(shù) 控 編 程 的 關(guān) 鍵 技 術(shù)五 軸 聯(lián) 動 復 雜 型 面 加 工 中 的 刀 具 偏 置 問 題 ；四 軸 聯(lián) 動 型 面 加 工 中 的 刀 具 偏 置 問 題 ；三 軸 聯(lián) 動 型 面 加 工 中 的 刀 具 偏 置 問 題 ；運 動 計 算 幾 何 學 62 4 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng)4.1 制造執(zhí)行系統(tǒng)的基本概念4.2 制造

54、執(zhí)行系統(tǒng)的配置4.3 基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的CAM擴展4.4 加工過程質(zhì)量控制的輔助技術(shù)4.5 加工過程制造任務的調(diào)度技術(shù) 63 4.1 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 基 本 概 念 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 概 念 源 于 20世 紀 90年 代出 發(fā) 點 ： 在 企 業(yè) 級 生 產(chǎn) 計 劃 層 和 車 間 級 生 產(chǎn) 的 設(shè) 備 控 制層 之 間 搭 建 一 座 能 無 縫 實 現(xiàn) 企 業(yè) 集 成 和 制 造 管 理 的 橋 梁通 過 信 息 傳 遞 、 處 理 ， 對 從 訂 單 下 達 到 產(chǎn) 品 完 成 的 整 個 生產(chǎn) 過 程 進 行 實 時 的 優(yōu) 化 管 理 。 當 制 造 現(xiàn) 場

55、 發(fā) 生 實 時 事 件 時 ，MES能 及 時 作 出 反 應 、 報 告 ， 并 用 當 前 準 確 數(shù) 據(jù) 對 其 進 行 指導 和 處 理定義：（MES：Manufacturing Execution System） 64 4.1 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 基 本 概 念 其 涉 及 到 單 個 車 間 級 或 制 造 單 元 級 制 造 現(xiàn) 場 的 制 造 資 源 配 置與 它 們 之 間 的 集 成（硬件方面）以 及 在 此 基 礎(chǔ) 上 對 相 關(guān) “ 實 時 ” 信 息 的 處 理 、 交 換 和 管 理（軟件方面）作用：MES上 聯(lián) ERP/MRPII系 統(tǒng) 等 ， 以 獲

56、取 生 產(chǎn) 與 資 源 計 劃 信 息并 上 報 執(zhí) 行 狀 況 ； 下 聯(lián) 制 造 設(shè) 備 （ 群 ） 過 程 控 制 ， 以 傳 遞 制 造指 令 并 獲 取 實 時 的 制 造 工 況 數(shù) 據(jù) 、 實 現(xiàn) 質(zhì) 量 控 制 功 能 65 4.1 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 基 本 概 念 企 業(yè) 資 源 規(guī) 劃ERP制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng)MES 控 制 系 統(tǒng)Control System 計 劃Planning執(zhí) 行 Execution控 制Control 整 個 業(yè) 務 流 程Overall Business制 造 現(xiàn) 場 操 作 Plant Operation生 產(chǎn) 操 作Produc

57、tion Operation 信 息 技 術(shù)Information Technology現(xiàn) 場 信 息 系 統(tǒng)Plant Information System實 時 裝 備 過 程 控 制Real-time Instrumentation Process Control 系 統(tǒng) 功 能 重 點 控 制 方 式 第 1層 第 2層第 3層 66 4.1 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 基 本 概 念 MES早 期 的 起 源 來 自 于 工 廠 內(nèi) 部 的 需 求 ， 作 為 承 接ERP/MRPII的 紐 帶 ， 傳 統(tǒng) 的 MES即 從 車 間 級 應 用 發(fā) 展 而 來 ，即 制 造 現(xiàn) 場

58、僅 限 定 在 一 個 制 造 車 間 層 面 上隨 著 網(wǎng) 絡(luò) 化 制 造 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 制 造 現(xiàn) 場 的 概 念 被 進 一 步拓 展 ， 跨 工 廠 的 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 亦 已 出 現(xiàn)制 造 現(xiàn) 場 可 理 解 為 在 產(chǎn) 品 驅(qū) 動 的 制 造 任 務 分 配 前 提 下 ， 由 若干 個 分 布 的 工 廠 、 一 個 工 廠 （ 若 干 車 間 ） 、 一 個 車 間 （ 若 干制 造 單 元 ） 的 制 造 裝 備 所 配 置 出 來 的 基 于 所 制 造 產(chǎn) 品 的 一 個動 態(tài) 制 造 系 統(tǒng)其 形 態(tài) 伴 隨 著 所 制 造 的 產(chǎn) 品 的 不 同 而

59、 不 同 ， 這 給 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 軟 件 開 發(fā) 帶 來 了 新 的 問 題 67 4.2 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 取 決 于 制 造 單 元 配 置 技 術(shù) 的 發(fā) 展在 傳 統(tǒng) 的 定 單 驅(qū) 動 的 制 造 企 業(yè) 組 織 模 式 下 ， 企 業(yè) 內(nèi) 部 以車 間 級 為 單 位 ， 并 以 機 群 式 （ 單 件 小 批 量 ） 、 流 水 線 式（ 大 批 量 ） 等 形 成 車 間 的 制 造 布 局 形 式 。 當 車 間 接 收 產(chǎn)品 訂 單 ， 通 過 選 擇 其 中 的 部 分 工 段 、 相 關(guān) 的 制 造

60、裝 備 構(gòu)成 面 向 訂 單 的 MES這 種 MES配 置 方 式 缺 乏 柔 性 ， 不 能 適 應 現(xiàn) 代 生 產(chǎn) 技 術(shù) 的 要 求為 此 ， 基 于 DNC的 數(shù) 控 設(shè) 備 互 聯(lián) 、 成 組 制 造 單 元 、 自 治 制 造單 元 、 柔 性 制 造 單 元 等 制 造 單 元 技 術(shù) 已 被 采 用 以 支 持 MES的配 置 68 4.2 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 MES需 從 設(shè) 備 控 制 層 獲 取 實 時 的 制 造 工 況 信 息 ， 而 采 用 DNC則可 達 到 目 標DNC是 指 采 用 一 或 多 臺 計 算 機 對 多 臺 數(shù) 控 機 床 進

61、行 集 中 控 制 與管 理 的 一 種 方 式 。 其 目 的 包 括 ： 進 行 自 上 而 下 的 NC代 碼 的 傳 輸 與 管 理 完 成 自 低 而 上 的 設(shè) 備 工 況 匯 集 與 處 理從 硬 件 方 面 看 ， DNC聯(lián) 網(wǎng) 可 通 過 數(shù) 控 設(shè) 備 的 RS232串 口 、 標 準以 太 網(wǎng) 接 口 ， 并 用 現(xiàn) 場 總 線 或 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 及 相 關(guān) 的 交 換 機 等進 行 互 聯(lián) 69 4.2 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 從 軟 件 方 面 看 ， DNC軟 件 涉 及 到 以 下 功 能 ： 遠程數(shù)控指令傳輸：包 括 支 持 “ 邊 傳 輸 ，

62、 邊 加 工 ” 模 式 ； CNC設(shè) 備 存 儲 器 的 “ 分 段 Buffer” 模 式 、 數(shù) 控 指 令 “ 全 下 載（ DNC服 務 器 到 CNC設(shè) 備 存 儲 器 ） ” 、 “ 全 上 載 （ CNC設(shè) 備存 儲 器 到 DNC服 務 器 ） ” 模 式 數(shù) 控 指 令 編 輯 、 仿 真 與 管 理 數(shù) 控 設(shè) 備 加 工 工 況 數(shù) 據(jù) 收 集 與 處 理 。 包 括 質(zhì) 量 數(shù) 據(jù) 分析 、 設(shè) 備 運 行 狀 態(tài) 數(shù) 據(jù) 分 析 等x 數(shù) 控 設(shè) 備 的 工 況 跟 蹤 日 志 及 管 理 。 包 括 通 訊 、 配 置 、加 工 工 況 歷 史 記 錄 等 70

63、4.2 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 一 種 根 據(jù) 零 件 相 似 性 、 設(shè) 備 負 荷 平 衡 等 統(tǒng) 計 信 息 ， 按 待 加工 零 件 族 組 織 制 造 資 源 進 行 生 產(chǎn) 的 一 種 單 元 技 術(shù) ， 成 組 技術(shù) 是 其 理 論 基 礎(chǔ)成組單元的形成步驟描述如下： 建 立 零 件 編 碼 系 統(tǒng) ， 并 對 歷 史 零 件 進 行 編 碼 采 用 成 組 技 術(shù) 中 的 相 關(guān) 零 件 聚 類 算 法 如 “ 分 枝 -聚 類 ”法 、 模 糊 匹 配 法 等 產(chǎn) 生 零 件 族 統(tǒng) 計 零 件 族 中 的 零 件 加 工 特 征 的 幾 何 、 精 度 要 求

64、范 圍 ，分 析 工 序 要 求 ， 并 據(jù) 此 確 定 加 工 機 床 類 型x 根 據(jù) 加 工 歷 史 統(tǒng) 計 ， 確 認 零 件 族 的 制 造 負 荷 量 ， 從 而 確定 單 元 機 床 數(shù) 目 根 據(jù) 零 件 族 中 加 工 特 征 ， 安 排 機 床 的 布 局 形 式 71 4.2 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 采 用 成 組 制 造 單 元 進 行 加 工 活 動 時 ， 其 制 造 任 務 接 收 取 決 于待 加 工 零 件 的 零 件 族 歸 屬例如，某 企 業(yè) 選 取 某 一 典 型 生 產(chǎn) 時 間 段 作 為 統(tǒng) 計 區(qū) 間 ， 進 行產(chǎn) 品 、 零 件 、

65、工 序 、 工 時 定 額 、 機 床 負 荷 量 等 的 統(tǒng) 計 ， 經(jīng) 采用 成 組 技 術(shù) 形 成 零 件 族 ， 設(shè) 計 出 兩 個 成 組 制 造 單 元 ： 軸類加工單元：包 括 普 通 車 床 4臺 、 NC車 床 1臺 、 外 圓 磨 床 1臺 、 立 銑 1臺 、 鉆 床 1臺 ； 輪盤類加工單元：包 括 普 通 車 8臺 、 NC車 床 1臺 、 外 圓 磨 床 1臺 、 內(nèi) 圓 磨 床 2臺 、 平 面 磨 床 1臺 、 萬 能 銑 床 1臺 、 鉆 床 1臺 72 4.2 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 一 種 對 外 界 制 造 任 務 具 有 自 適 應 、 智

66、 能 化 加 工 的 一 種 單 元 。智 能 化 制 造 技 術(shù) 是 其 基 礎(chǔ) 理 論自 治 制 造 單 元 的 自 適 應 性 和 智 能 性 表 現(xiàn) 在 兩 個 方 面 ：一是在與外界交互方面，二是自身內(nèi)部方面在與外界交互方面，自 治 制 造 單 元 能 “ 感 知 ” 外 部 制 造 任務 ， 并 主 動 出 擊 力 爭 獲 取 制 造 任 務 。 當 所 接 受 的 制 造 任 務正 處 于 處 理 階 段 時 ， 能 主 動 與 相 關(guān) 外 部 環(huán) 節(jié) “ 協(xié) 調(diào) ” ， 達到 制 造 任 務 的 優(yōu) 化 完 成在自身內(nèi)部方面，自 治 制 造 單 元 內(nèi) 部 具 備 實 時 的 制 造 質(zhì) 量控 制 調(diào) 節(jié) 能 力 和 設(shè) 備 的 自 診 斷 能 力 等 。 根 據(jù) 制 造 任 務 當 前加 工 工 況 的 不 同 ， 可 自 動 調(diào) 節(jié) 加 工 參 數(shù) 、 進 行 刀 具 磨 損 預報 ， 從 而 達 到 對 零 件 加 工 精 度 的 閉 環(huán) 補 償 73 4.2 制 造 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 配 置 是 面 向 單 件 、 多 品 種 零 件 的 加 工 而 提 出