加工中心远程控制系统的设计与开发.pdf

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1、!加工中心远程控制系统的设计与开发张爱红（无锡职业技术学院，江苏 无锡!#$#!#）摘 要：针对加工中心远程控制的要求，提出了增加外置控制器并修改机床!#程序的实现方法，经过系统必要的硬件连接和软件编程，在计算机上实现了机床的起动、复位、加工程序选择以及运行状态实时监控等功能，开发的系统具有良好的扩展性能，目前已成功应用于产教结合型柔性制造系统（$%&）。关键词：加工中心!#远程控制 外置控制器!#$%&(!)*+,-&.+/.0 1-+.2+&.3+*45#.-/+3 670$&$&%2&.3%&()*+,-.（/01*2-34*4045,6 758+-,9,.:，/01*!#$#!#，;&

2、(）()*+,-*：7,0*=55-4,6 4+5=5,45 8,-4=,9 6,=;(;?8+*-*-.85-45=，,-5 54+,*3 A=,B*5 C:?*-.DEF EG;?-5*4*-.?8+*-5 EG;A=,.=?H 7+=,0.+5335-4*?9 5B59,A5-4,6+?=I?=5?-3,64I?=5，=5,45 8,-4=,9 60-84*,-3 308+?3 8:895 34?=4，=5354，?-;(;A=,.=?359584*,-8?-C5=5?9*J56=,A5=3,-?9 8,A045=H K4+5=5,45 60-84*,-3 8?-C5?5 5?3*9:?

3、3 I599H 7+5=5,45 8,-4=,9 3:345*3?-*A,=4?-4,095,6 4+5 6951*C95?-06?840=*-.3:345（DLM）035 6,=?-06?840=*-.?-45?8+N*-.H./012+3)：L?8+*-*-.;5-45=；EG;；O5,45;,-4=,9；DEK EG;加工中心为柔性制造系统（DLM）重要的底层设备之一，能够对工件各加工面自动地进行钻孔、铣削等多工序加工。为能实现上位计算机对加工中心的远程控制，有三种方案可供选择：（#）基于数控系统厂家动态链接库的二次开发#；（!）增加外置控制器并修改机床 EG;程序；（P）配置通信适配器

4、、实现系统功能扩展。在无锡职院 DLM 中用了前两种方案，分别用于配置 D(Q;F!R 7;系统的数控车床（;G R!F）和配置M2(QLSO2T U#FV 系统的加工中心（VL;WPX）。其中第二种方案的实现基于开发人员对机床接口信号的灵活应用，也是远程控制中较为便捷、实用的一种方法。45 系统配置加工中心远程控制系统如图#所示。上位机控制程序与外置 EG;以串口通信方式，读Y 写 EG;内部数据，完成 2Y K 信号的输入Y 输出控制。目前除可以控制机床门、气动夹具、与工业机器人的联动控制，外置EG;的输出信号还作为加工中心 EG;的输入信号，并在数控系统内部传递信息（EG;#(;T），实

5、现机床远程起动与复位、数控程序选择（主程序根据输入信号位的变化，调用不同的子程序）等功能；与此同时，上位计算机也可实时获取机床的运行状态（(;T#EG;）。65 软件开发为了实现加工中心远程控制并调用不同程序加工，除了增加外置 EG;、输入Y 输出接线以及机床 EG;的信号（ML）模块组态外，关键要完成$部分程序的编制，即：机床 EG;程序、外置松下 EG;程序、数控加工程序以及上位机控制程序。它们的编程软件各不相同，其中机床 EG;为 MZ P#，其编程指令与西门子 MZPFF EG;兼容，采用 M2L72;M7SE Z 软件；外置 EG;为松下 DEF R;P!7，编程软件为 DE/2()

6、O!；机床配!#置了$%&()*%+,-./数控系统，数控程序有自己的语法规范；上位机采用 012345 6 7 7 89.编程、串口通信方式。虽然编程软件不同，但各部分之间的接口明确，因而实现起来并不困难。下文以机床:;6 程序、数控加工程序与上位计算机控制程序的开发为例说明系统软件的开发流程。!#$机床%&程序机床出厂时已经有完善的:;6 控制程序，但是不能满足远程控制功能，因此需要修改源程序。如图!所示，先要能建立与机床:;6 的通信连接，其中+!电缆须由机床提供/6!?212）后，发现控制面板（(6:）循环起动信号地址为%-9，查阅$%&()*%+,-./A,./系统调试说明书!后，得

7、到:;6#&6+的内部起动信号为/B!-9/BC9-。结合上传的:;6 程序，信号%-D、/B!-9/BCD-在功能块 E6-、E6 中调用，部分程序如下：在 E6-内：F#%#-9G(-9-在 E6 内：F（F%-9FH-.89!IF%!9-F&H-.89!）G/B!-9/BC9-而经过$%(FJ%6$J):软件下的“交叉参考”标签找出机床未使用的信号有%D K、%D、%D-等，在本系统中将它们分别定义为：机床远程起动、复位与程序选择信号。为了实现远程起动功能，如果直接在IB-主程序中增加置位语句（使/B!-D/BC D-为-），将发现机床不能正常运行。经过多次试验、比较后发现可参照操作机床

8、控制面板（(6:）循环起动信号%-9 的编程方法，将信号%D K 与之并联，故上面的程序修改如下：在 E6-内：F#%#-9 I%9 KG(-9-在 E6 内：F（F%-9 FH-.89!IF%9 KFH-.89!IF%!9-F&H-.89!）G/B!-9/BC9-修改后的程序在信号%9 K 在“.#-#.”变化过程中，机床将执行系统已装载的程序，至此系统的远程起动 功 能 已 经 实 现。其 他 功 能 包 括 复 位 功 能（/B!-D/BCD，信号方向：:;6#&6+），机床运行状态检 测 功 能（/B!-D/BC KD.，信 号 方 向：&6+#:;6）。其处理过程与之类似，限于篇幅，

9、不再赘述。虽然上述设计都很成功，但考虑到柔性制造系统应能实现小批量、多品种的零件加工，系统需有调用不同程序加工的能力，因此需进一步完善系统功能。经研究发现：与 EF&6.!系统相比，$%&()*%+,-./A,./系统的接口功能更加强大，系统提供了一个独立的内部数据区用于&6+与:;6 高速数据交换。这个内部数据预置了-.!字节，:;6 可通过 E6!-与&6+交换数据，数控程序可通过读A 写&6 变量 L FM/B!来读取:;6 数据。机床:;6 端实现的具体要求是在IB-块中调用 E6!-功能。程序如下：6F;#E6#!-%&.：G%9 K#（%9 K，上位计算机远程起动信号）%&-：G

10、BN-8N%&!：G:N%9.BOJ)-%&：G.#（将%B 字节的内容写入到变量 L FM/BB.）%&：G P-IJK：G HQ9-IJ8：G(R-!第-个参数%9 K 是使能信号，为-时将激活E6!-功能，否则 E6!-功能不执行。第!个参数是块功能，字节类型，取值为 时，读&6+变量；取值为 时，写&6+变量。第 个参数是:;6 的数据地址，起始地址为指针，后面表示数据的长度，以:N%9.BOJ)-为例，%9.为起始地址，BOJ)-代表一个字节长度。第 个参数为整型参数，在第!个参数取值 或 时，该参数指位置偏置，即相对起始地址的偏置!#值，通常设为$；第%个参数为整型参数，在第!个参

11、数为&或 时，取值为 (。最后两个参数为输出参数，分 别 为 错 误 指 示 信 号（)*+(），错 误 代 码（,-(!），正常输出时，为$；出错时，)*+(置位，并有相应错误代码输出到,-(!。对于上面这段程序，./!(正常调用的结果将 01&2 字节的内容写入到 3/变量 4 56711$中。!+!数控加工程序8039,:;0=$7 的 3/写?/变量，分别是 4 56711、4 5671-、4 56717、4 5671;，可用于操作=位字节、(A 位字、&!位双字和&!位实数。本应用中只需使用=位字节变量，根据./!(调用的结果将 01&2 的状态写入到 3/变量4 56711$中，而

12、第(位信号 0&2+(用于程序的选择，因此需进行按位操作的方式，根据位的变化决定程序的调用或转移。8039,:;0=$7 系统数控编程时，可进行与、或、非等位操作运算&。基于此，编写的数控程序如下：0.4 56711$165371$($BCDC.?;CB(?;CB(：将变量 4 56711$与$($按位与，如果结果不为$，程序将跳转到标号?;CB(处继续执行。因此利用?/外部输入信号的变化来执行不同的加工程序段或调用子程序，以实现多品种零件的加工。!+#上位机程序开发EFGHIJ/K K A+$作为-FLMNOG 系统开发的主要语言之一，以其具有良好的图形用户界面并支持面向对象的程序设计，使得

13、编程效率提高，应用功能增强。因此本系统采用 EFGHIJ/K K 为上位机开发软件，实现对机床的远程控制。建立的人机交互界面如图&所示。程序界面分成&个区域：（(）左边的是树型结构，手动模式下，节点双击后可发出相应的指令。这些指令有：配置、打开或关闭端口，开 关机床门、松 紧夹具、起动 复位机床等。（!）右边上面区域是响应命令的事件状态及接收时间。（&）右边下面是 JNP 信息。树型结构展开，主节点有“?/协议”和“机床手动控制”等，下面分别有&个和A 个命令节点。鼠标左键双击命令节点，执行相应的操作，这些节点都是为手动操作而设置的。在自动模式下，除“?/协议”节点下“配置端口”、“打开端口”

14、操作需手动完成外，其他操作都是程序自动完成的。机床起动 复位、实时状态检测、自动门开 关、程序选择等操作可由计算机向?/发送读 写指令来控制。以“起动机床”为例，程序代码如下：QNFM/?/?RNSNT：GSIRS,ITUFLV（）#W6/NLSRNJ/UIRITSVR X 8D5;D；#8VLM;VTVFQV?NRS（?/D8D;（W6/NLSRNJ/UIRITSVR）；#FY（W6ZIT7ISI+,FM（A，!）X X 6D（$(）机床运行#/?/?RNSNT 为?/协议类，封装了与?/串行通信的底层操作，基于此调用成员函数 GSIRS,ITUFLV（）发送控制指令。分析了松下电工.?系列

15、?/通信协议的定 义 后，将 8D5;D 定 义 为 字 符 串“$(-77$($($!$!_R”，向(号站的数据寄存器7D(发送$!，?/应答数据存放到字符串 W6ZITMISI 中。机床运行时前=个字符的返回值为：“$(4;7$(”，复位时返回值为“$(4;7$!”，可通过/8SRFLP 类成员函数,FM（A，!）分离出 7D(数值，并作相应判断，如为“$(”说明机床运行，为“$!”说明机床复位等。而字符串的发送与返回码的接收由函数 8VLaM;VTVFQV?NRS 完成。#结语数控机床的远程控制功能是柔性制造系统底层设备控制的重要组成部分，本文利用 EFGHIJ/K K 开发远程控制软件

16、，应用松下?/与加工中心交换信息，实现了一种操作界面友好，适用于工业现场的数控机床远程控制系统。该系统方便柔性制造系统调度模块的调用，便于功能扩展，现已成功应用于我院产教结合型柔性制造系统，并已申获计算机软件著作权（软件名称：加工中心 73/控制软件，登记号：!$=8;!A&*）。参考文献(#张爱红+基于/C;15 的数控机床 73/模块开发+深圳职业技术学院学报，!$A（）!#80:,:38+8039,:;0=($7 简明调试指南+80:,:38，!$!+P:,:38+8039,:;0=($7F=($7.,63/编程指南高级篇+!#基于!的汽轮机叶片多轴加工中的关键技术研究章泳健!#潘

17、#毅!#陆建刚#姚志强!（!常熟理工学院机械工程系，江苏 常熟!$%；常熟市机电设备厂，江苏 常熟!$%）摘#要：在对汽轮机叶片多轴加工工艺特点进行分析的基础上，研究了应用!软件来完成叶片多轴加工编程所涉及的一些关键技术。关键词：叶片#多轴加工#!中图分类号：#$!&%#文献标识码：&!#$%&()*+,&)(-(./#(0 12-3/($4/#1/-/).0(%,2%5/)6-$7 6$#7()89)*+,-./012340!，5+,.3!，67 83401401，.+9):3;3401!（!4?A=0/B C=D:403D4E F0130=?301，G:401H:I J=D:0/E/13D

18、4E K0H3I=，G:401H:I!$%，G*,；G:401H:I FE=D?3D4E F;I3A=0 L4D/?M，G:401H:I!$%，G*,）&()*+,)：N4H=O/0:=404EMH3H/B AIE3(4P3H A4D:30301?/D=HH/B:=I?Q30=NE4O=，?=H=4?D:4H Q=0 A4O=/0R=M=D:0/E/13=H/B AIE3(4P3H A3EE301 QM IH301,ST$-./0*1(：JI?Q30=NE4O=；CIE3(4P3H C4D:30301；,S近年来大型汽轮机中的叶片普遍采用弯扭叶型，其精度要求高、制造难度大，而主要的加工难点则集

19、中在对型面的加工上。由于多轴铣相比传统三轴铣具有加工适应性强、切削状态好的优点，目前该类叶片的型面加工通常都采用多轴铣的方式来进行。然而，目前国内汽轮机叶片多轴数控加工设备及软件基本由国外厂商所提供，并采取捆绑销售。由于专用编程软件根据叶片加工的特点及专用机床的配置而设计，因此针对性很强。不仅具有丰富的多轴加工策略，还包含了叶片辅助工艺设计功能。当输入叶片的造型数据后，只要进行简单的参数设定，就能配合专用叶片机床快速完成叶片加工。然而由于在程序中包含了大量的机床专用指令，因此无法直接移植到其它数控机床上进行使用。近年来虽然市场上也出现了一些国产的叶片加工机床，有的还在某些技术上有所突破，但总体

20、来讲应用效果并不十分理想，其中的一个重要原因就是没有解决好叶片的多轴编程问题。而基于通用 G+U G+C 软件的应用研究及二次开发，无疑是解决叶片多轴编程的可行之路。本文将在分析叶片多轴加工特点的基础上，基于 VKFCF,V,S 软件对叶片多轴加工中的若干关键技术进行研究。23 叶片多轴加工的工艺特点以一个典型的叶片型面多轴铣加工工艺为例，所包含的主要工序通常有（如图$）：（$）型面开槽：在靠近叶根（或叶冠）的一端的型面毛坯上开出一条宽槽，以方便后续加工的刀具落刀，如图$4 所示。VKFCF,V，!%$T作者：张爱红，男，$WX$年生，副教授，研究方向：数控、机器人等机电一体化技术。（编辑#徐洁兰）#（收稿日期：!%W%Y$%）#文章编号：$%$%W如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。